BRPI0619273A2 - Métodos e sistemas para o fornecimento de amostras fluidas para grupos sensores - Google Patents

Abstract

Métodos e sistemas para o fornecimento de amostras fluidas para grupos sensores. São descritos os sistemas e os métodos de análise total para a monitoração simultânea de um local de espécies biológicas e/ou químicas em água e/ou outros sistemas de processo. O sistema compreende um grupo sensor para amostras de volume controlado o qual compreende um dispositivo de alimentação de fluido e uma pluralidade de elementos sensores ópticos para determinar a presença e as concentrações totais de diversos materiais em análise no sistema de processo de forma simultânea. São previstos meios de alimentação para fornecer uma quantidade medida de um fluído de amostra para o grupo sensor. São previstos algoritmos de identificação de imagem para identificar os materiais em análise com base na intensidade da imagem, no padrão de cores, nas posições de disposição, e similares. Os métodos incorporam algoritmos de otimização de diversas variáveis para analisar as diversas respostas dos sensores. Este produz resultados analíticos os quais tipicamente são difíceis de serem obtidos sem um sistema completo ou uma compensação das variáveis. A resposta aperfeiçoada do grupo pode ser então utilizada para medir, monitorar e para controlar a concentração dos materiais em análise na amostra química ou biológica ou nos sistemas hídricos.

Description

Métodos e sistemas para o fornecimento de amostras fluidas para grupos sensores.

REFERENCIA A PEDIDOS DE PATENTES RELACIONADOS

Este pedido de patente reivindica os benefícios de prioridade em relação ao pedido de patente norte americano de número de série 11/259.712, depositado em 26 de outubro de 2005, em relação ao pedido de patente norte americano de número de série 11/259.643, depositado em 26 de outubro de 2005, e em relação ao pedido de patente norte americano de tipo "continuação em parte" de número de série 11/507.689, depositado em 22 de agosto de 2006.

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere, em geral, a um grupo de sensores químicos, e mais em particular se refere a um sistema, a um método e a um dispositivo, novos e melhorados, para o fornecimento de uma amostra fluida para uma disposição de sensores químicos, e ao processamento paralelo das informações químicas e biológicas a partir da pluralidade de elementos sensores do grupo sensor. De forma geral, a invenção também se refere ao campo dos dispositivos micro-fluídicos. Mais em particular, a invenção se refere aos materiais para uso em dispositivos micro- fluídicos e aos métodos para a fabricação de dispositivos micro-fluídicos.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Diversos testes químicos e biológicos precisam ser realizados em locais fora de laboratórios de analise totalmente equipados. Isto requer sistemas que sejam portáteis e miniaturizados, de modo a poderem ser transportados até os locais nos quais são necessárias respostas rápidas aos testes para os processos e o monitoramento da qualidade da água, ou estes podem ser empregados em um ambiente médico de modo a fornecer resultados rápidos de testes para certas espécies biológicas ou bioquímicas de interesse. Estas análises químicas e biológicas podem ser realizadas individualmente utilizando testes simples com uma otimização pós-teste de modo a melhorar a qualidade ou a precisão dos resultados, mas esta solução em série apresenta problemas inerentes uma vez que é complicado compensar totalmente as interações multidimensionais através de uma solução em série. Ainda mais, esta solução pode gastar muito tempo e pode produzir resultados errados. A introdução de erros do operador ou do sistema quando os testes são realizados em plataformas diferentes, ou em momentos distintos, complica ainda mais este sistema. A melhor forma de superar esta limitação é através da realização de todas as medições desejadas simultaneamente e na mesma plataforma, mas o estado da arte atual não prevê uma plataforma totalmente integrada para tais testes.

A tecnologia atual para os grupos eletroquímicos permite aos operadores realizarem grupos de testes em um único momento, mas isto está limitado àqueles materiais que respondem a um estímulo eletroquímico. Isto em geral envolve as técnicas de medição tais como os métodos de voltametria de dissolução anódina (anodic stripping voltametry) ou de voltametria cíclica, ou incorporam os materiais que apresentam uma resposta química em um detector eletroquímico, por exemplo, um eletrodo para um íon específico (ISE). Este sistema, apesar de ser produtivo para alguns sistemas, está limitado por diversas das limitações usuais dos sistemas eletroquímicos, por exemplo, os problemas sistemáticos de alta e baixa força iônica que afetam os potenciais eletroquímicos. Ainda mais, alguns destes sistemas podem sofrer devido a sérias reatividades cruzadas ou interferências, p. ex., a reatividade de anions oxigênio comuns ou de pequenos cátions tais como sódio, lítio ou potássio.

Existem outras plataformas de teste as quais podem realizar medições em grupo de pequena escala, as quais estão baseadas em medições ópticas ou do espectro. Estas podem ser a detecção óptica a partir das analises químicas de diversos fluxos líquidos, ou estas podem ser versões portáteis de medidas laboratoriais clássicas, p. ex., unidades portáteis de espectrômetros de absorção atômica. Estes sistemas são em geral limitados pela mecânica necessária para o fluxo do fluido e de manutenção, ou por equipamentos problemáticos tal como os sistemas portáteis de espectrômetros de absorção atômica os quais, apesar de teoricamente portáteis, tem se mostrado não tão portáteis na pratica. Existe ainda menção à miniaturização de sistemas laboratoriais adicionais tais como a espectroscopia por emissão atômica em plasma acoplado por indução ou a espectroscopia de massa, mas estes métodos são difíceis de serem adaptados em equipamentos portáteis ou em sistemas que podem ser levados a campo.

Uma alternativa proposta é relativa ao uso de uma plataforma óptica baseada em respostas químicas bem caracterizadas de filmes sensores ópticos. Um tal sistema emprega filmes sólidos de resposta química, os quais respondem a concentrações analíticas através da mudança de seus valores de absorção em um comprimento de onda otimizado. Esta plataforma pode ser estendida de modo a incorporar elementos sensores de teste para todas as interfaces conhecidas ou espécies reativas para uma matriz em particular, assim como pode levar em conta as limitações dos testes até os extremos das condições de teste da amostra, p. ex., uma força iônica alta ou baixa bem como as forças de tamponamento alta ou baixa. Este sistema apresenta o benefício adicional de prover a uma plataforma de testes pequena a qual pode ser conformada em um conjunto especificamente projetado para medir os elementos de teste os quais requerem analises específicas separadas.

Os sensores óptico-químicos também recaem em duas classes gerais, quais os reversíveis e os irreversíveis. Os sensores totalmente reversíveis equilibram rapidamente a concentração do material alvo em analise no fluido de teste e a sua resposta varia conforme muda a concentração do material em análise. Exemplos de sensores reversíveis são os sensores de pH de filmes poliméricos e os eletrodos ópticos, ou optrodos seletivos (ISO). Em oposição, um sensor irreversível irá continuar a responder ao material em análise contido no fluido de teste até que o reagente de resposta, no sensor, tenha se exaurido, isto é, a quantidade total do material em análise disponível para o sensor ao invés da concentração do material em análise na amostra. Diversos sensores de tipo não ISO pertencem a esta categoria.

Uma vez que o reagente, nos sensores reversíveis, está em equilíbrio químico com o material em analise na amostra, a exposição do filme sensor a amostra altera a concentração do material em analise caso o volume da amostra seja finito. Isto obriga a que os filmes sensores sejam expostos ou a um volume da amostra com um grande excesso, ou a um dado volume da amostra. No último caso, pode ser feita uma correção para reduzir os erros devidos ao efeito do volume finito. De forma similar, o sensor irreversível requer o controle do volume da amostra de modo a que a resposta do sensor reflita a concentração do material em analise dentro do volume controlado do fluido em teste.

O grupo sensor, designado para uma analise quantitativa, pode não gerar resultados satisfatórios através da simples imersão do grupo na amostra do líquido devido às razões supra citadas. Para um grupo sensor que consiste tanto de sensores reversíveis quanto de sensores irreversíveis, o volume da amostra que é exposto a cada região do sensor deve ser controlado. Além disto, regular o volume também auxilia na prevenção de uma contaminação cruzada entre os sensores. Nesta invenção as composições dos filmes sensores são projetadas de modo a operarem dentro das suas performances otimizadas quando estas são expostas a volumes fixos das amostras.

Os grupos de sensores ópticos, os quais são compostos por sensores irreversíveis ou por uma combinação entre sensores reversíveis e sensores irreversíveis, devem apresentar alguma forma de controle do fluido de modo a fornecer um volume controlado do fluido em teste para cada um dos elementos sensores. A maioria dos sistemas atualmente disponíveis emprega alguma forma de bomba, ou de um sistema mecânico de adição múltipla, para alimentar estes volumes controlados, p. ex., as placas robóticas de adição múltipla. Estes sistemas são em geral complicados e necessitam de componentes mecânicos e elétricos os quais raramente são robustos o suficiente para uso em campo e apropriados para teste remotos em ambientes danosos. Têm sido desenvolvidos sistemas de amostragem dedicados, para instrumentos analíticos, os quais diferem em relação as suas funcionalidades e capacidades, dependendo dos sues usos finais. É conhecida uma pluralidade de soluções de amostragem para sensores, por exemplo, a exposição seqüencial dos produtos químicos de interesse às regiões dos sensores, tal como o quanto descrito na patente norte- americana precedente de número US 6.360.585; e a amostragem a partir de diversas regiões por grandes áreas, tal como o quanto descrito na patente norte-americana precedente de número US 6.676.903. As descrições destas patentes são aqui incorporadas como referência.

Mesmo que exista uma grande quantidade de publicações e de patentes dedicadas ao desenvolvimento de métodos de detecção, reagentes, e equipamentos para a substituição dos métodos químicos tradicionais através de líquidos, permanece a necessidade por um sistema sensor organizável em campo, econômico e conveniente para a detecção simultânea de diversos materiais em análise.

O que também é necessário é um método e um sistema aperfeiçoado para o fornecimento de uma quantidade controlada de uma amostra líquida para diversas regiões sensitivas dentro de um dado período de tempo sem o uso de bombas, válvulas ou materiais em pavio (wicking) [impregnáveis], Em diversas áreas da ciência e da tecnologia, é em geral necessário fornecer uma dada quantidade de uma amostra fluida para diversos locais. Para a determinação das concentrações dos materiais em analise, uma amostra fluida precisa ser dispensada para diversos locais de detecção nos quais os diversos materiais analisando na amostra podem ser analisados. Em pesquisas combinatórias e de triagem de alto rendimento, é desejável distribuir um líquido reagente em um conjunto de locais de reação. Convencionalmente, o fornecimento de líquidos para diversos locais é conseguido por meio de bombeamento, dispersão por jatos de liquido, e métodos similares de pipetamento manual ou mecânico, tal como por um sistema robótico de dispersão de líquidos.

Em anos recentes, o efeito da capilaridade tem sido explorado em projetos relativos a líquidos. Um dos problemas associados com os mecanismos passivos conhecidos é o de que estes tipicamente recaem sobre o uso de materiais absorventes ou em pavio. Isto torna difícil fabricar um dispositivo para o fornecimento de uma pequena quantidade de uma amostra em um grande número de locais. Além do mais, os dispositivos descritos no estado da arte não estão aptos a fornecer um pacote fluído para diversas regiões de detecção. Pelo contrário, o material absorvente é uma parte integrada da matriz de reação ou de detecção. O fornecimento do liquido para o local somente resulta com o umedecimento dos materiais dentro da matriz. Como resultado, para grupos sensores e diversas outras aplicações, é mais desejável dosar uma dada quantidade de uma amostra de líquido para diversos locais.

Para solucionar a necessidade por dispositivos de fornecimento de fluidos, são conhecidos os dispositivos micro-fluídicos [ou seja para a micro dispersão de fluidos], fabricados no início dos anos 90, em vidro ou silicone, utilizando procedimentos de processamento tradicional por microprocessadores. A robustez e as propriedades superficiais destes dispositivos os tornam ideais para uma ampla gama de aplicações químicas e bioquímicas, incluindo as separações por eletroforese, as sínteses orgânicas, a reação da cadeia de polimerase e os testes imunológicos. Contudo, os custos altos de fabricação têm direcionado a fabricação dos dispositivos micro-fluídicos no sentido do uso de materiais mais baratos, tais como os polímeros.

Os polímeros tipicamente usados nos dispositivos micro- fluídicos podem incluir o polidimetilsiloxano, o policarbonato, o polimetilmetacrilato e similares. Estes materiais poliméricos em geral apresentam propriedades superficiais menos desejáveis, incluindo alta energia superficial, parcas propriedades de barreira e baixa resistência química. Têm sido desenvolvidos procedimentos para eliminar alguns destes problemas relativos às propriedades superficiais e para tornar funcionais as superfícies dos dispositivos plásticos em relação a fixação das moléculas dos materiais em análise tais como DNA, proteínas e anticorpos. Contudo, estes procedimentos podem ser complexos e podem resultar em uma baixa eficiência e a uma baixa resolução espacial dos canais micro-fluídicos.

Tipicamente, para se conseguir propriedades superficiais desejáveis, os canais micro-fluídicos são embalados com um ou mais materiais que apresentem as propriedades desejadas. Contudo, estes procedimentos de embalagem ou revestimento são complexos, despendem muito tempo e em geral resultam em canais bloqueados.

Existe ainda a necessidade por um material para uso nos dispositivos de fornecimento fluídicos ou micro-fluídicos, sendo que o material é preferencialmente configurado de modo a ser funcional para que se consigam as propriedades desejadas nos canais micro-fluídicos. Além disto, ainda permanece a necessidade de fornecer um método rápido e eficiente para a fabricação de dispositivos micro-fluídicos de modo a reduzir o custo de fabricação destes dispositivos.

SÍNTESE DA INVENÇÃO

Em um aspecto, a invenção é direcionada a um sistema sensor com volume da amostra controlado, de modo a simultaneamente medir diversas concentrações de materiais em análise em substancias químicas ou biológicas, tais como em sistemas hídricos compreendendo um conjunto de elementos sensores reversíveis e irreversíveis que respondem ao material em análise, os quais são selecionados de modo a alterar ao menos uma propriedade óptica em resposta a um estimulo químico, biológico ou ambiental, incluindo ao menos uma região de referência a qual serve como um padrão interno óptico e de posição, e uma fonte de luz para direcionar a luz sobre um grupo de elementos sensores. É previsto um dispositivo gerador de imagem baseado em um detector, o qual pode ajustar a sua performance em função da posição e do perfil espectral da fonte de luz, e então pode converter esta resposta na forma de imagem em um registro digital. São previstos algoritmos de identificação de imagem para identificar a composição em teste no elemento por meio de uma dentro das diversas configurações baseadas na intensidade da imagem, no padrão de cores, na disposição, e similares. É fornecido um algoritmo de otimização baseado em um software, o qual incorpora as respostas de um grupo sensor e que produz resultados otimizados indisponíveis sem o sistema completo e uma compensação variável.

Em um outro aspecto, a invenção é direcionada para um dispositivo compreendendo canais e reservatórios aptos a fornecer uma quantidade controlada de uma amostra líquida para diversos reservatórios contendo um grupo de elementos sensores dentro de um dado período de tempo. A força de condução para o transporte do líquido dentro do dispositivo é principalmente uma força capilar gerada pela energia superficial do líquido e da interface da parece canal/reservatório. Um tal dispositivo não se fia no uso de quaisquer materiais em pavio [wicking] e podem ser produzidos de forma barata utilizando materiais prontamente disponíveis. Outros métodos para direcionar fluídos para um grupo sensor, os quais são considerados como estando dentro do escopo da presente invenção, incluem fluxos eletro-osmóticos, fornecimento elétrico de líquidos, bombeamento por termocapilaridade, campos magnéticos, fluxo direcionado na superfície, controle eletroquímico, mecânico (p. ex., seringas), centrípetos e por gradientes de energia na superfície. Uma aplicação da presente invenção é a de fornecer volumes controlados de amostras líquidas para grupos sensores em discos ópticos.

Também é descrito um método de análise total para o monitoramento de um local de espécies biológicas e químicas em água e os sistemas de processamento. O sistema fornece um grupo de volume controlado de sensores ópticos reversíveis e irreversíveis de modo a determinar, simultaneamente, a concentração total de diversos materiais em análise. O método envolve expor o grupo sensor a diversos meios contendo vários materiais em análise, e gravar a resposta do grupo sensor na forma de um registro digital. A resposta do sensor é processada de modo a reduzir os ruídos e as interferências e são aplicadas análises a partir de diversas variáveis estatísticas de modo a melhorar a resposta do grupo. Para melhorar a resposta do grupo é então utilizado medir, monitorar e controlar a concentrações dos materiais em análise na substancia química ou biológica ou no sistema em água.

Outras formas de realização do sistema são direcionadas a um dispositivo micro-fluídico que apresenta um ou mais canais micro-fluídicos, um sistema que emprega o dispositivo micro-fluídico e a um método para a fabricação de um dispositivo micro-fluídico. Um exemplo de uma forma de realização da invenção de um canal micro-fluídico. O canal micro-fluídico inclui um primeiro substrato apresentando ao menos um padrão de canal micro-fluídico. Além disto, o canal micro-fluídico inclui um material poroso disposto sobre um primeiro substrato e que ocupa ao menos um padrão de canal micro-fluídico.

Um outro exemplo de uma forma de realização da invenção é um sistema que emprega um dispositivo micro-fluídico. O dispositivo inclui uma pluralidade de canais micro-fluídicos. Os canais micro-fluídicos incluem um meio poroso disposto dentro de uma cavidade a qual define ao menos um dentre uma pluralidade de canais micro-fluídicos. O meio poroso é configurado de modo a permitir um fluxo de uma solução de amostra através deste.

Um outro exemplo de uma forma de realização da invenção é um método para a fabricação de um dispositivo micro-fluídico. O método inclui fornecer um primeiro substrato apresentando ao menos um padrão de canal micro-fluídico, e dispor um material poroso em ao menos um dentre os canais micro-fluídicos. O método ainda inclui modificar o material poroso de modo a definir canais micro-fluídicos ao mesmo tempo em que fornece uma superfície funcionalizada.

Estas e outras vantagens e características ficarão mais facilmente compreensíveis a partir da seguinte descrição detalhada das formas preferidas de realização da invenção, as quais são fornecidas em conjunto com os desenhos em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma montagem em pilha para o dispositivo de fornecimento de amostras fluidas por fluxo capilar, de acordo com uma forma de realização da presente invenção;

A figura 2 ilustra uma configuração em séries ramificadas de canais reservatórios, de acordo com uma outra forma de realização da invenção;

- A figura 3 ilustra uma configuração em séries paralelas de canais reservatórios, de acordo com uma outra forma de realização da invenção;

A figura 4 ilustra uma configuração de fornecimento de fluido com um reservatório de dejetos e um canal de retardo, de acordo com uma outra forma de realização da invenção;

- A figura 5 é uma imagem de filmes sensíveis ao cloreto da esquerda para a direita, as concentrações do cloreto sendo de 1, 2, 4, 5, 10 e 50 ppm;

- A figura 6 ilustra uma curva de calibragem para a determinação do cloreto;

- A figura 7 é uma imagem de filmes sensíveis a alcalinidade;

- A figura 8 é um gráfico que ilustra [(Rw-R)2 + (Gw-G)2 + B2]1/2/Bw, calculado a partir da imagem digital capturada por um scanner, impresso como uma função da alcalinidade da solução;

- A figura 9 é um gráfico que ilustra [(Rw-R)2 + (Gw-G)2 + B2]1/2/BWi para a absorção medida por meio de uma sonda de reflexão óptica a 650 nm;

- A figura 10 é um gráfico que ilustra [(Rw-R)2 + (Gw-G)2 + B2]1/2/Bw, calculado a partir da imagem digital capturada por uma câmara digital colorida, impresso como uma função da alcalinidade da solução;

- A figura 11 é um gráfico que ilustra a performance da câmara contra a do scanner;

- A figura 12 é um gráfico que ilustra a calibragem com diversas variáveis estatísticas para a determinação do pH;

-A figura 13 mostra um filme sensor de pH com defeitos;

A figura 14 é um gráfico que ilustra os efeitos dos defeitos do filme nos valores RGB; A figura 15 é um gráfico que ilustra a rejeição de um grupo de pixels por meio de um critério de desvio padrão;

A figura 16 é um gráfico que ilustra a curva de calibração para um filme sensor de Ca;

A figura 17 é um gráfico que ilustra a resposta cinética do filme sensor de molibdato em temperaturas diferentes;

A figura 18 compreende imagens digitais mostrando a mudança de cor do filme sensor de molibdato durante o curso de sua exposição a uma amostra a 25,3 °C; -A figura 19 é um gráfico que ilustra o efeito da temperatura na resposta do sensor de molibdato;

A figura 20 mostra o esquema do canal e do reservatório para o exemplo 1; A figura 21 mostra uma comparação do tempo de preenchimento previsto com dados experimentais para o tempo de preenchimento para o exemplo 1; -A figura 22 é um gráfico que mostra o tempo médio de preenchimento para 54 reservatórios de 23 μΙ cada com barras de erro obtidas a partir de seis teste no exemplo 2;

A figura 23 é uma curva de calibragem para o filme sensível ao magnésio obtido com um dispositivo de amostragem com controle do volume da amostra, detalhado na exemplo 9;

A figura 24 é uma fotografia mostrando uma camada de um material macio de amostra montada em um substrato com elementos sensores, de acordo com um exemplo de uma forma de realização da presente invenção, mediante exposição dos elementos a volumes controlados das amostras do líquido em cada reservatório; - A figura 25 ilustra um exemplo da literatura de um líquido preenchendo um grupo de reservatórios conforme o substrato é removido do volume da amostra;

- A figura 26 ilustra uma configuração de canal/reservatório para o fornecimento de amostras para diversas regiões de sensores a partir de um ponto de entrada em um substrato único;

A figura 27 é uma vista em perspectiva de um exemplo de um coletor fluídico de amostras na forma de um DVD e da caixa do disco com uma porta de entrada no meio do disco para a introdução do fluido;

A figura 28 é uma vista em perspectiva de um dispositivo para o fornecimento fluídico, de acordo com um exemplo de uma forma de realização da presente invenção, preparado para a montagem;

A figura 29 é uma vista em perspectiva do dispositivo para o fornecimento fluídico da figura 28 na forma montada;

As figuras 30a a 30c são vistas em secção transversal de exemplos das formas de realização da presente invenção;

As figuras 31a a 31 d ilustram a imagem da absorção dinâmica para a cinética operacional dos coletores de amostra montados em diferentes estágios de preenchimento por uma amostra de água;

As figuras 32a a 32c ilustram a imagem da absorção dinâmica para avaliar a cinética da operação do coletor de amostras montado com elementos sensores os quais fornecem a lixiviação controlada dos reagentes no volume controlado da amostra;

A figura 33 é um gráfico que ilustra as medidas da absorção coletadas em intervalos de tempo de seis segundos deste um momento antes da injeção da amostra até o ponto no qua! as células foram completamente preenchidas;

A figura 34a ilustra um exemplo de uma forma de realização da presente invenção;

A figura 34b ilustra uma vista em secção transversal parcial do exemplo da forma de realização da figura 34a;

A figura 35a ilustra um exemplo de uma forma de realização da presente invenção;

A figura 35b ilustra uma vista em secção transversal parcial do exemplo da forma de realização da figura 35a;

As figuras 36a a 36c ilustram um exemplo de uma forma de realização da presente invenção sendo inserida e removida de uma amostra líquida;

A figura 37 é um gráfico ilustrando a performance de um exemplo de um dispositivo de fornecimento construído de acordo com as figuras 34a e 34b;

A figura 38 é um gráfico ilustrando a performance de um exemplo de um dispositivo de fornecimento construído de acordo com as figuras 35a e 35b;

A figura 39A é uma vista explodida e em secção transversal de uma disposição em pilha com três camadas de um dispositivo micro-fluídico, sendo que a disposição em pilha inclui um primeiro substrato, uma camada porosa e um segundo substrato, de acordo com os exemplos das formas de realização da presente invenção;

A figura 39B é uma vista em secção transversal do dispositivo micro-fluídico formado de acordo com a disposição em pilha da figura 39A; A figura 40A é uma vista explodida e em secção transversal de uma disposição em pilha apresentando de um dispositivo micro-fluídico apresentando uma camada porosa funcionalizada e um substrato, de acordo com os exemplos das formas de realização da presente invenção;

-A figura 40B é uma vista em secção transversal do dispositivo micro-fluídico formado de acordo com a disposição em pilha da figura 40A;

A figura 41A é uma vista explodida e em secção transversal de uma disposição em pilha com três camadas de um dispositivo micro-fluídico, sendo que a disposição em pilha inclui um primeiro substrato, uma camada porosa e um segundo substrato, de acordo com os exemplos das formas de realização da presente invenção;

A figura 41B é uma vista em secção transversal da disposição em pilha da figura 41A feita ao longo da linha 41B-41B;

A figura 41C é uma vista em secção transversal do dispositivo micro-fluídico formado de acordo com a disposição em pilha das figuras 41A e 41B; - As figuras 41D e 41E são vistas em secção transversal do dispositivo micro-fluídico da figura 41C1 feita ao longo das linhas 41D-41D e 41E-41E, respectivamente; A figura 42 é uma vista em secção transversal de um dispositivo micro-fluídico que emprega canais micro-fluídicos individuais em planos horizontais distintos dos primeiro e segundo substratos, de acordo com os exemplos das formas de realização da invencao;

A figura 43 é uma representação de um canal micro-fluídico formado pela compressão da camada porosa, de acordo com um exemplo de uma forma de realização da invenção; e

- A figura 44 é uma ilustração diagramática de um sistema de teste biológico que emprega um dispositivo micro-fluídico, de acordo com um exemplo de uma forma de realização da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS EXEMPLOS DE REALIZAÇÃO

A invenção descreve uma plataforma para testes em grupo a qual incorpora uma redução de ruído, uma redução de interferência, melhorias na resposta a diversos compostos químicos, analises com diversas variáveis estatísticas e uma plataforma flexível, a qual permite que grupos de testes sejam projetados de acordo com as especificações individuais de modo a fornecer uma resposta otimizada com uma redução nos erros sistemáticos ou do operador. Esta plataforma de restes baseada em grupos tem fulcro em elementos sensores ópticos de resposta química os quais podem ser incorporados em sistemas robustos que podem ser usados em campo, os quais podem ser compostos por um único grupo de detecção, e estes sistemas podem facilmente se comunicarem com um computador ou com unidades eletrônicas as quais realizam as analises complexas necessárias para que se obtenham medições otimizadas fora dos laboratórios.

Um aspecto da presente invenção é o reconhecimento de que filmes sensores ópticos podem ser desenvolvidos de modo a levar em conta a maioria das variáveis sistemáticas que afetam as medições químicas ou biológicas de materiais em análise. Estes sistemas sensores químicos e biológicos contêm diversos componentes funcionais. Um componente é um material sensor que responde a uma mudança no ambiente. Exemplos de tais materiais sensores são os polímeros que respondem ao material em análise, as biomembranas, materiais sol-gel, e alguns outros. No caso de sensores ópticos, o material sensor deve manter uma transparência óptica adequada ou uma perda de transparência como uma resposta química ao composto que está sendo monitorado utilizando a transmissão óptica, a reflexão, a dispersão, a fluorescência ou qualquer outro método óptico comum, conhecido na arte. Um outro componente aqui descrito é um sistema eletrônico o qual fornece meios para medir as mudanças no material sensor por ocasião da exposição ao ambiente. Desta forma, as interações do ambiente com o material são convertidas em sinais analiticamente úteis que empregam um mecanismo de transdução apropriado, tal como um sensor óptico. Esta plataforma de detecção óptica em grupo faz uma interface com um "sistema inteligente" o qual compensa as interferências, as variações ambientais, etc., e que realiza a redução do ruído e as otimizações do teste e que produz os resultados finais com uma qualidade superior à que poderia ser obtida através de um sistema que não fosse totalmente integrado.

As seções a seguir descrevem, com maiores detalhes, os componentes deste sistema de análise total, com exemplos de como cada componente pode ser melhorado quando aplicado em uma plataforma completa de testes em grupo. O sistema de análise total é um produto que combina cada um destes elementos aperfeiçoados de modo a resultar em um único sistema com uma performance melhorada a qual resulta da combinação simultânea dos elementos individuais. Grupo Sensor

Um grupo de sensores ópticos apresenta um conjunto de elementos que respondem ao material em análise sendo que os elementos sensores respondem às concentrações do material em análise através da mudança de cor ou de outras propriedades ópticas mediante exposição a uma amostra. O número total de elementos sensores e o tipo dos elementos sensores podem ser selecionados de modo a satisfazer os requisitos específicos do sistema de análise. Como um exemplo não limitativo, um grupo sensor para a analise da água compreende elementos sensores ópticos que respondem aos seguintes materiais em análise: Alcalinidade, pH, cloreto, endurecedores, sulfetos e fosfatos.

Os tipos de sensores apropriados para uso com a presente invenção são descritos no nosso ainda pendente pedido de patente com título "Composições de materiais para sensores para a determinação das espécies químicas com traços de concentração e método de uso dos sensores" e "Sensores de fosfato auto contido e método de uso dos mesmos", depositados na mesma data que o presente e os quais são aqui incorporados como referência.

Os grupos sensores ópticos compreendem um grupo de elementos sensores ópticos depositados sobre um substrato óptico. O elemento óptico pode conter um único ou diversos componentes. Um ou todos os componentes no elemento sensor sólido poderia ser solúvel em água. Podem ser escolhidas combinações de características de solubilidade diferentes, para os componentes no elemento sensor, de modo a incrementar a performance do grupo sensor. Como um exemplo, o elemento sensor pode ser preparado a partir de um polímero hidrogel contendo reagentes solúveis em água os quais respondem a concentração do material em análise, ou seja o material alvo da análise.

Pode ser empregado um Iigante para melhorar a adesão do elemento sólido no substrato. Pode ser adicionado um material líquido de aspersão, por exemplo um surfactante, no elemento sólido de modo a melhorar as propriedades umectantes das regiões dos sensores. O material líquido de aspersão pode ser disposto entre o elemento sólido e o substrato, ou em outras configurações tais como no topo ou envolvendo o elemento. Os métodos usualmente praticados e que são apropriados para a preparação do grupo sensor necessário para esta invenção incluem os métodos para a manufatura das tiras de papel indicador e dos sensores de polímero em filme, tal como descrito por Zolotov e outros, em "Chemical Test Methods of Analysis" [métodos de testes químicos para análise], em Wilson & Wilson's Comprehensive Analytical Chemitry [Química analítica abrangente de Wilson & Wilson], 2002, a descrição do qual sendo aqui incorporada como referência. Fonte de Luz do Grupo - Combinações de Detectores

Existem diversas combinações entre fontes/detectores de luz apropriadas para medir as respostas dos sensores em um grupo óptico. Por exemplo, o nosso pedido de patente norte americano anterior de número 10/760.438, depositado em 20 de janeiro de 2004, descreve um dispositivo portátil com um elemento descartável para análises químicas de diversos materiais em análise, a descrição do qual sendo também aqui incorporada como referência.

Retornando a presente invenção, a invenção é relativa a novos sistemas e métodos para detectar, de forma simultânea, respostas paralelas em filmes a partir de uma pluralidade de elementos sensores. A tabela abaixo mostra as fontes para as faixas dentro dos espectros UV/visível/próximo ao IR para as aplicações em conjunto com o sistema de grupo sensor óptico, e para o processamento em paralelo das informações químicas e bioquímicas apropriadas para uso na presente invenção. Deve ser entendido que outras fontes de luz menos convencionais que emitem radiação dentro da faixa do espectro de interesse tal como o sol, os diodos emissores de luz orgânicos, as luzes domésticas internas, os produtos das reações de bioluminescência, as emissões dos equipamentos eletrônicos tais como os monitores de computador, os monitores PDA, as telas dos telefones celulares, os pagers, as fontes radioluminescentes e quaisquer outras fontes de luz conhecidas ou desenvolvidas a posteriori na arte também poderiam ser usadas sem com isto fugir ao escopo da presente invenção.

Fontes de Luz Úteis para os Sensores Ópticos

Os possíveis detectores incluem os detectores a vácuo ou do estado dolido e simples ou com diversos canais. Os detectores a vácuo são fototubos e tubos fotomultiplicadores (PMT). Os detectores do estado sólido incluem os fotodiodos, os grupos de fotodiodos, os dispositivos de carga acoplada (CCDs)1 os dispositivos de injeção de carga (CIDs), e os fotodiodos em avalanche. Os detectores de diversos canais, ou multicanais, incluem os grupos de detectores individuais tais como os grupos de fotodiodos, os grupos de PMT. Além disto, estão disponíveis os CCDs, CIDs1 CMOS e outros tipos de detectores multicanais. Cada elemento apresenta vantagens e desvantagens intrínsecas e estes podem ser combinados de modo a produzir uma plataforma de detecção da fonte de luz para uma necessidade em particular dentro de uma aplicação específica. De forma similar, é possível combinar mais de uma fonte de luz ou detector para monitorar tipos diferentes de respostas nos filmes sensores, e então combiná-los em uma plataforma de grupo comum de uma forma conhecida na arte.

Como um exemplo, uma imagem colorida de um objeto pode ser gravada através da sua iluminação com qualquer das fontes de luz citadas ou previstas e capturada por meio de um scanner ou de uma câmara digital. Um sensor de luz CCD na câmara digital mede as intensidades das três cores primárias (vermelho, verde e azul) do objeto. O valor da intensidade da cor Vermelho-Verde-Azul (RGB) de cada pixel é gravado em um arquivo digital. A profundidade da cor, os a faixa dos valores RGB, normalmente vai de 0 a 225. As cores também podem ser medidas através do sensor de cor CCD em um scanner digital utilizando uma fonte de luz branca para a iluminação e alguma forma de um detector de luz colorida simples. Alguns scanners digitais, contudo, utilizam três LEDs (vermelho, verde e azul) para irradiar o objeto de modo a medir a cor. Diversamente das câmaras digitais, a maioria dos scanners fornece uma resolução de cor em 48 bits, ou maior. Neste modelo de cor, a cor de cada pixel é quantificada pelos valores RGB dentro da faixa de 0 a 65025. As faixas do espectro das três cores primárias medidas pela câmara digital e pelo scanner variam levemente de modelo para modelo. A resposta espectral de um típico sensor de cor CCD é de 460 ± 40 nm, 540 ± 40 nm, e 645 ± 55 nm, respectivamente. Nos empregamos um dispositivo de geração de imagens digitais para as analises colorimétricas quantitativas. Neste aspecto, o dispositivo de geração de imagens digitais é equivalente a múltiplos pares de fotodiodos/LEDs de três cores.

Sistema de Fornecimento Fluídico

A figura 1 ilustra um dispositivo de fornecimento fluídico 10 de acordo com um exemplo de uma forma de realização da presente invenção. O dispositivo de fornecimento 10 transporta uma quantidade controlada de uma amostra liquida, em quantidades medidas, para diversos reservatórios 8 de modo a realizar uma reação química entre a amostra fluida e os elementos sensores (nos mostrados) ligados nos reservatórios 8. Tal como ilustrado na figura 1, o dispositivo de fornecimento fluídico 10 compreende uma tampa superior 2, uma camada média 4 de canais, uma camada de fundo 6 de fechamento amostra/substrato (isto é, uma junta de vedação), uma porta de entrada 12 de fluido, e um anel 11 plástico associado à porta de entrada. Uma pluralidade de ranhuras ou canais 5 são formados na camada 4 de canais de modo a direcionar a amostra fluida desde a porta de entrada 12 até os reservatórios 8. Uma pluralidade de canais é formada quando a camada de cobertura 2 é unida na camada de canais 4. Uma série de orifícios de respiro 7 é adicionada de modo a assegurar o fluxo fluido completo através do sistema de canais.

Muitos filmes hidrofílicos disponíveis no mercado podem ser escolhidos como a camada de topo de modo a se fabricar o dispositivo descrito nesta invenção. Alguns filmes apresentam um adesivo vedado por calor depositado no lado hidrofílico. Para os filmes sem o adesivo, podem ser usados os métodos tradicionais de união de modo a laminar a camada de cobertura na camada de canais, tais como soldagem ultrassônica e união por transferência de adesivo. Os filmes hidrofílicos tanto podem ser vedados por calor quanto por adesivos sensíveis a pressão.

A camada de canais 4 pode ser fabricada utilizando os métodos convencionais de processamento de plásticos, tais como através de injeção, gravação em relevo ou micro usinagem. Vários materiais plásticos que apresentam um ângulo de contato com a água entre 40 e 85 graus podem ser usados para a camada de canais. Por exemplo, o policarbonato e o acrílico são materiais apropriados para esta aplicação.

A camada de fechamento 6 do coletor de amostras pode ser de qualquer material o qual apresente um valor de dureza ao redor de 40 Shore A e que realize a vedação em relação a um substrato plano em relação ao umedecimento da superfície, se conforme ao contato e/ou se una ao adesivo. Exemplos não Iimitativos de materiais para esta aplicação são o silicone e as borrachas sintéticas, e os elastômeros termoplasticos. A camada de fechamento 6 do coletor de amostras pode ser uma folha de silicone extrudada. Também poderia ser usado um material adesivo de dupla face. A camada de fechamento 6 do coletor de amostras pode ser unida na camada de canais utilizando adesivos, apesar de que isto poderia ser feito através da escolha de um material plástico de alta resistência ao calor, tal como o policarbonato ou o Ultem, inserido ou moldado em duas partes no material de fechamento do coletor de amostras para a camada de canais.

A camada de cobertura 2 fornece uma superfície super hidrofílica para o canal fluídico, o que contribui em muito com a capilaridade geral a qual conduz o fluido a fluir através do canal. A camada de cobertura também acomoda uma pluralidade de pequenos furos 7, um sobre cada reservatório 8, de modo a permitir a passagem do ar, o qual é deslocado do reservatório, pelo líquido que entra. Devida a força da capilaridade que conduz o fluido através dos canais 5, não são necessárias válvulas ou bombas para enviar uma dada quantidade de amostra líquida ou do reagente da porta de entrada 12 da amostra para os diversos reservatórios 8 dentro de uma seqüência predefinida. Como resultado, o dispositivo 10 pode ser fabricado de forma eficiente através de métodos de processamento de plástico baratos. O dispositivo de fornecimento de fluido 10 pode então ser integrado como um componente de um grupo sensor químico ou biológico para transportar e dosar, em quantidades medidas, uma amostra líquida dentro dos reservatórios 8 de modo a completar uma reação com os elemento sensores associados.

O efetivo preenchimento de um reservatório 8, a partir de um canal 5 o qual apresenta uma dimensão capilar menor que a do próprio reservatório não é uma questão trivial. A zona de transição entre os canais e o reservatório provavelmente age como uma barreira de capilaridade ao obstruir a passagem do líquido do final do canal para o reservatório. Uma força externa, tal como a força da gravidade, pode ser necessária para sobrepujar esta barreira. Em outros casos, os parâmetros do canal e do reservatório são cuidadosamente balanceados de modo a reduzir o tempo de transição e ainda evitar um transbordamento através dos orifícios de ventilação 7.

A presente invenção supera o problema da transição da barreira de capilaridade, supra descrito, através da implementação das seguintes característica de projeto. Primeiramente, é escolhido um filme super hidrofílico de um lado para a camada de cobertura, o qual permite que o líquido, de forma vantajosa, se acumule por toda a parede de topo do reservatório, de modo a formar gotículas pendentes. Conforme as gotículas crescem, a força gravitacional faz com que estas alcancem a parede de fundo do reservatório e então a força de capilaridade originada pelas quatro paredes do reservatório conduz o líquido de modo a preencher todo o reservatório. Conforme o reservatório fica completamente preenchido, o orifício de ventilação atua como uma barreira para a capilaridade, impedindo que o liquido flua através desta até alcançar a superfície de topo da camada de cobertura, a qual é projetada de forma hidrofóbica. Em segundo lugar, nos ajustamos a resistência ao fluxo do fluido através da otimização dos parâmetros geométricos do canal e do reservatório, da pressão hidrostática a partir da porta de entrada e da pressão de capilaridade do canal de modo a se alcançar o volume desejado de preenchimento e a seqüência de preenchimento. Além disto, a camada de fechamento 6 do coletor de amostras, a qual é uma parte das paredes do reservatório 8, cria uma barreira capilar conforme crescem as gotas que pendem. Portanto, um projeto cuidadoso dos parâmetros do canal e do reservatório, incluindo a espessura do fechamento do coletor de amostras, é importante para superar esta barreira de modo a garantir um preenchimento completo de cada reservatório.

Fazendo novamente referência a figura 1, cada canal 5 pode alimentar um único ou diversos reservatórios 8. Caso seja necessário que um canal alimente diversos reservatórios devido a considerações de espaço, uma estrutura simples de tipo ramificada, tal como ilustrada pela figura 1, pode ser construída de modo a auxiliar na prevenção do aprisionamento de bolhas de ar dentro do canal 5. Na configuração de tipo ramificada, a seqüência de preenchimento dos reservatórios pode ser facilmente controlada com base na sua relativa resistência ao fluxo total. Se as dimensões do canal são as mesmas dentro da estrutura, a seqüência de preenchimento dos reservatórios depende do comprimento do canal que liga o reservatório à porta de entrada.

A figura 2 ilustra um outro exemplo de uma forma de realização na qual os reservatórios 8 são ligados em série ou com uma configuração em séries ramificadas. Esta configuração é útil para as aplicações nas quais é desejado adicionar um reagente diferente, com dosagens diferentes, no fluxo da amostra antes que este alcance reservatórios ramificados diferentes, na configuração de tipo ramificada. Por exemplo, se um reagente ácido solúvel na corrente da amostra imobilizado nos reservatórios A, B, C e D, líquidos nos reservatórios E, F, G e H irá conter uma quantidade diferente do ácido. A configuração mostrada na figura 2 torna possível estudar uma reação da amostra líquida com um reagente nos reservatórios ramificados F, G e H sob diferentes condições de pH. Este tipo de manipulação fluídica é normalmente muito difícil de ser conseguida através dos métodos convencionais baseados em bombas e válvulas.

A figura 3 mostra uma configuração de séries em paralelo. Com esta configuração, é possível imobilizar reagentes solúveis diferentes nos reservatórios A, B, C, D, E e F e o mesmo reagente nos reservatórios de a até d. Assim, pode-se criar um grupo de sensores de reação entre a amostra líquida com um reagente nos reservatorios a, b, c, d e f na presenca dos reagentes fornecidos atraves dos reservatorios A, B, C, D, E, e F.

Os reservatórios de A até D mostrados na figura 3 podem ser usados para cobrir os elementos sensores ao mesmo tempo em que os reservatórios de a até d podem ser usados para o controle do volume da amostra. Através da mudança do volume dos reservatórios de a até d pode-se controlar a quantidade efetiva da amostra fornecida para os reservatórios de A até D.

De forma similar em relação aos processos descritos nas figuras 2 e 3, os reservatórios A, B, C, D, E poderiam conter um material ou membrana a que removesse uma espécie ou composto químico do líquido que flui dentro dos canais, assim modificando o líquido ou removendo as interferências antes dos líquidos chegarem aos reservatórios subseqüentes.

A figura 4 mostra uma configuração a qual permite inicialmente preencher o reservatório de reação 42 com uma primeira amostra líquida por um curto período de tempo, e então descartar a primeira amostra liquida para um reservatório de descarte 48. Após o primeiro líquido ser descartado para o reservatório de descarte, uma segunda amostra líquida pode ser adicionada na porta de entrada, e conduzida de modo a preencher o reservatório de realização. De modo a se alcançar estas funções fluídicas, a pressão capilar gerada pelo reservatório de descarte 48 deve ser maior que a do reservatório de realização 42 e do canal 5 de ligação entre o reservatório 42 e a porta de entrada 12. O tempo de atraso pode ser controlado através da variação do comprimento e/ou da resistência ao fluxo na linha de atraso 44.

Uma outra característica importante, porem opcional, do dispositivo de fornecimento fluídico 10 descrito na presente invenção é a da que este pode ser removido do substrato. O substrato fornece a parede de fundo do reservatório e a camada de fechamento do coletor de amostras fornece uma vedação contra líquidos para o substrato. Isto é especificamente vantajoso quando em comparação com diversos dos dispositivos fluídicos descritos no estado da arte quando um sensor ou elementos de reação devem ser incluídos no reservatório. Utilizando este dispositivo de fornecimento de líquido, o substrato pode ser preparado de forma independente.

Uma vez que o dispositivo descrito nesta invenção pode ser separado do substrato após o seu uso, este pode ser um dispositivo reutilizável, apesar de que é apropriado que este seja tratado como um componente descartável. Além disto, o substrato pode ser reutilizado caso um sensor de resposta a um material em análise seja reversível ou regenerável.

Podem ser usados materiais de referência para normalizar a resposta do sensor. Estes podem ser quaisquer materiais estáveis cujas propriedades de espectrometria não sejam afetadas pelo ambiente ou pelos parâmetros do sistema experimentados pelo grupo, por exemplo temperatura, luz e umidade. De forma alternativa, estes podem ser o próprio substrato sobre o qual os elementos sensores são dispostos, ou estes materiais de referência poderiam ser incorporados nos filmes, fixados na estrutura do grupo ou poderiam ser o material de construção dos grupos. Estes materiais poderiam ser qualquer padrão espectral do preto até o branco, com qualquer comprimento de onda apropriado aplicável no projeto em particular do sistema de grupos. Os materiais de referência também poderia ser corantes, pigmentos orgânicos ou inorgânicos, os quais apresentem bandas espectrais as quais não se sobrepusessem de forma significativa ao elemento sensor. O material de referência também poderia compreender um material de resposta óptica tal como cristais fotônicos inorgânicos, orgânicos e poliméricos.

A normalização usando a resposta das referências internas é útil para a redução dos erros causados por variações no comprimento da trajetória da luz e nas dimensões do elemento sensor, e por outras fontes de variação conhecidas na arte. Mais especificamente, a inclusão de uma referência interna no elemento sensor é importante em duas situações. Primeiro, caso o elemento sensor, antes de sua exposição, seja transparente, as medições ópticas antes da exposição à amostra podem não fornecer uma informação útil para a normalização da resposta do sensor. Segundo, caso não possa ser realizada a medição do elemento sensor antes da sua exposição à amostra, a leitura em λmax (comprimento de onda máximo) da referência interna após a exposição não pode ser usada para corrigir a resposta do sensor no Xmax do elemento sensor. Uma vez que a referência interna é uma parte integrada ao elemento sensor, o rastreamento das mudanças na sua resposta óptica fornece informações em relação ao estado físico do elemento sensor após a sua exposição à amostra e ao ambiente. Por exemplo, alterações do estado físico do elemento sensor devido à dilatação ou a perda de transparência contribuem com a resposta geral do sensor. As diferenças nas leituras dos sinais em λmax da referência interna antes e após a exposição podem ser usadas para separar a resposta do sensor devida a interação do sensor com o material em analise daquela devida as alterações no estado físico do sensor.

Diversos materiais de referência podem ser depositados no grupo sensor e os valores RGB, medidos a partir das áreas de referencia, podem ser usados para normalizar a resposta do sensor e para eliminar quaisquer variações que podem ser causadas por mudanças na iluminação durante o processo de captura de imagem. A normalização pode reduzir as variações entre os diversos grupos introduzidas na manufatura, armazenamento, ou nos processos de aplicação das amostras.

Os efeitos secundários podem limitar a performance de qualquer grupo do sistema de detecção. Estes efeitos incluem os ruídos do sistema do grupo de sensores, os efeitos do ambiente ou dos parâmetros do sistema, os defeitos causados durante os processos de manufatura ou de aplicaçao das amostras, assim como desvios inexplicados no conjunto de dados, tais como as interferências, as quais alteram a resposta analítica verdadeira. A minimização dos efeitos secundários pode ser conseguida através do uso de ferramentas individuais de redução ou através da combinação de mais de uma ferramenta, quando apropriado.

A redução do ruído pode ser usada para melhorar a resposta do grupo utilizando diversas categorias de manipulação de dados. Em uma forma prevista de redução do ruído, é gerado um arquivo digital de imagem e armazenado em um computador ou em um microprocessador, e os métodos de redução de ruído são aplicados para analisar os dados em bruto. Estes podem incluir mas não estão limitados a, transformações de Fourier, transformação de ondulação, filtros de Kalman, alisamento de Savitky-Golay1 desenvolvimento médio, médias, e métodos por polinômios. No caso de uma resposta em cores, os valor RGB de cada região de detecção também farão parte da média. Em um outro caso, pode ser aplicada a eliminação seletiva de dados quando se calculam os desvios padrão dentro de uma pequena área centralizada em cada pixel dentro do elemento sensor, referido como o desvio padrão de subconjunto. Se o desvio padrão de subconjunto de um grupo de pixels é maior que um valor pré determinado, este grupo de pixels pode ser rejeitado do conjunto. Em uma outra forma prevista para a redução dos efeitos secundários, o sistema pode apresentar elementos que detectam as variáveis ambientais tais como a temperatura, sendo que a temperatura medida pode ser usada de modo a levar em conta as variações predeterminadas devido a estas medidas ambientais ou similares. De forma similar, os elementos adicionais de medição podem ser incluídos para que se levem em conta os parâmetros gerais do sistema tais como a clareza da amostra, a condutividade do sistema, o potencial de oxidação e redução ou variáveis similares as quais podem afetar a resposta do grupo. As medições destas variáveis adicionais permitem que o sistema compense os efeitos não totalmente compensados utilizando ferramentas analíticas simples.

Em uma outra forma prevista para a redução dos efeitos secundários, o sistema pode ser estabelecido de modo a eliminar a resposta provenientes de defeitos do filme sensor sólido defectivos. Alguns defeitos são causados por formulações fora do espectro que são usadas para preparar os filmes sensores, causando uma não homogeneidade espacial dos filmes, ou que poderiam ser introduzidas nas etapas de preparação do filme, tal como a inclusão de partículas de pó no filme. Materiais estranhos também poderiam ser depositados no filme durante a exposição à matriz de amostras. Uma imagem digital fornece uma resolução espacial muito alta em relação a distribuição da intensidade das cores em relação a cada região de deteccao. Esta infomacao espacial pode ser explorada no sentido da reducao do ruído. Uma diversidade de ferramentas para a analise de dados pode ser usada para reduzir os erros devidos a defeitos nos filmes, e pode ser aplicado um algoritmo para descriminar os ruídos causados por estes defeitos. Por exemplo, são inicialmente calculadas as médias e os desvios padrão dos valores RGB para toda a área do elemento sensor. É feita referência a estas como as médias e os desvios padrão, respectivamente. Então, os valores RGB de cada pixel são comparados com o conjunto de médias. Se a diferença é maior que um múltiplo pré ajustado do desvio do conjunto, este pixel pode ser rejeitado do conjunto. Pode ser usado um cálculo similar para rejeitar um grupo de pixels. Os defeitos nos elementos sensores também podem exibir uma cor única e/ou padrões espaciais, tais como linhas e pontos. O algoritmo de reconhecimento do padrão pode ser aplicado de modo a identificar as regiões com defeitos. Ainda mais, os defeitos nos elementos sensores não são distribuídos de forma normal. A resposta óptica a partir das regiões com defeitos tanto pode ser maior quanto menor em relação ao conjunto médio. Assim, podem ser usados testes de normalidade para rejeitar as leituras pelos dos defeitos. Isto é especialmente útil quando a qualidade geral do filme sensor é pobre e existe uma quantidade significativa de ruído branco no conjunto.

A interação dos contaminantes do sistema também pode causar erros nos resultados do grupo. A compensação das interferências pode ser feita caso a concentração das espécies interferentes é medida de forma direta, ou caso esta possa ser inferida a partir de respostas em paralelo de filmes sensores não similares. A natureza interdependente das espécies químicas na solução poderia resultar das interferências, sendo que estas interferências podem ser causadas por reações competitivas das espécies interferentes com um reagente sensor. O conhecimento tradicional tem se focado no desenvolvimento de reagentes químicos livres de interferência para um material em analise individual. Os algoritmos de analise dos dados quimiométricos têm sido usados para analisar as respostas sobrepostas no espectro para a redução da interferência, e isto tem sido descrito na literatura.

O método de geração dos dados em três partes e de análise é usado nesta invenção para resolver os problemas de interferência. Primeiro, nos projetamos sensores pára medir os parâmetros que definem o estado químico e analítico da amostra. Estes parâmetros incluem a temperatura, o pH e a alcalinidade. Segundo, nos projetamos sensores que respondem, de forma independente, a um grupo de espécies interferentes. Terceiro, nos projetamos filmes sensores que respondem ao mesmo material em analise, mas que apresentam respostas não similares a interferência. As respostas destes sensores são desenroladas [deconvoluted] de modo a rever a concentração verdadeira para cada material em analise entre as espécies interferentes. Pode-se também comparar o padrão de resposta do local dos sensores a partir da amostra medida para o modelo armazenado. O modelo armazenado é construído a partir das respostas dos filmes sensores para uma faixa de espécies em analise e de suas combinações com as respostas adicionais dos filmes sensores para as interferências esperadas em seus diversos níveis. Através da captura das diferentes respostas dos sensores em varias combinações de materiais em analise e interferências, o modelo captura o padrão de resposta sobre a faixa de interesse da dinâmica do material em analise. As ferramentas para as analises quantitativas dos filmes sensores em suas combinações incluem uma rede neural, a regressão dos componentes principais, a regressão localmente ponderada, os quadrados ao menos parciais e quaisquer outros conhecidos na arte.

As analises com diversas variáveis estatísticas têm sido amplamente empregadas na química analítica, especialmente nas analises por espectroscopia. Um aspecto da presente invenção é o de que é utilizado um método sistemático para determinar, de forma simultânea, diversas concentrações do material em analise em uma amostra de água ou do processo. Um exemplo de um método descrito nesta invenção fornece um grupo sensor que compreende diversos elementos sensores os quais são escolhidos de modo a desenrolar ou desfazer a natureza inter dependente do equilíbrio químico nos sistemas em água ou do processo. O grupo sensor fornecido pode incluir elementos sensores os quais são especificamente designados para responderem aos parâmetros da água ou do processo, os quais são necessários para as analises através de diversas variáveis estatísticas, e os quais poderiam, de outra forma, não serem necessários como parte de uma amostra, mas para analises menos precisas. Em adição, a plataforma do grupo permite que sejam usados os sistemas dotados de químicas com diversas respostas, e que os resultados de resposta dupla sejam interpretadas por meio do seu desfazimento.

A determinação do pH, da alcalinidade, da dureza, e do conteúdo de fosfatos são exemplos não Iimitativos da natureza complexa do teste do sistema em água, sendo que materiais em analise diferentes produzem respostas interdependentes. O pH é, por definição, uma medida da atividade do íon hidrogênio o qual é definido pelas propriedades termodinâmicas das amostras da água. O pH também é afetado pelas concentrações do carbonato na mesma amostra de água, e o carbonato existe em diversas formas aquosas cujas proporções são determinadas por meio de uma série complexa em equilíbrio, tal como definido pelo pH do sistema. O equilíbrio entre o carbonato e o correspondente fosfato fornece ambientes tampão. Tampão é uma mistura de um par acido/base conjugados que pode resistir a alterações no pH quando são adicionadas pequenas quantidades de ácidos ou bases fortes. A capacidade de tamponamento de uma solução é o numero de moles de um ácido forte ou de uma base forte que são necessários para alterar o pH de 1 litro da solução tampão em uma unidade de pH. A dureza e referida como a concentracao total de calcio e de magnesio, incluindo as numerosas formas das espécies do cálcio e do magnésio que podem existir no sistema. Algumas destas formas do cálcio e do magnésio podem incluir os fosfatos, e estas sais de fosfatos estão em equilíbrio com as formas solúveis dos íons contribuintes. As concentrações dos íons existem em um equilíbrio complexo, o qual equilibra o pH com as concentrações do carbonato, do fosfato e da dureza. Os fosfatos também podem existir em formas adicionais na água e, novamente, as respectivas formas dos fosfatos são determinadas pelo balanço entre o pH, a alcalinidade e o contra íon em uma série de equilíbrios inter relacionados. Pode-se utilizar um optrodo para medir o fosfato, mas um optrodo de fosfato pode responder somente a uma forma iônica do fosfato na água, por exemplo, as espécies dos íons fosfato mono hidrogênio (HPO42"). De modo a se obter a concentração total do fosfato, o pH da amostra, as concentrações do carbonato e da dureza também devem ser conhecidas. Todas as espécies no sistema da água estão em equilíbrio químico, e todos os equilíbrios contribuintes devem ser levados em conta quando da determinação da concentração de um único material em analise. Devem ser medidas todas estas concentrações do material em análise assim como se deve levar em conta as propriedades do ambiente, tais como a temperatura, de modo a se fazer uma medição precisa de um único material em analise.

Os detalhes matemáticos deste complexo equilíbrio químico e termodinâmico são bem conhecidos na arte e não serão descritos em detalhe na presente descrição, mas será fornecido um único exemplo baseado na alcalinidade e no pH como um exemplo das dificuldades associadas com as medições sob vários equilíbrios feitos com sensores de filme sólido os quais empregam reagentes que respondem com cores. O propósito deste exemplo não Iimitativo é o de ilustrar um dentre os métodos sistemáticos descritos nesta invenção.

O pH é definido pela equação abaixo: pH = IogIO aH+ (na qual aH+ é a atividade do íon hidrogênio)

O íon hidrogênio está relacionado com outras espécies químicas no sistema através do seguinte equilíbrio:

H2O(I) <=> H+(aq) + OH(aq),

HA(aq) <=> H+(aq) + A"(aq).

HA(aq) se refere a forma aquosa do ácido de Bronsted1 e A' é a base conjugada do HA(aq). A existência dos ácidos e das bases de Bronsted da lugar não somente a acidez ou a alcalinidade do sistema mas também a capacidade de tamponamento do pH. A capacidade de tamponamento do pH é normalmente medida como a alcalinidade na industria do tratamento da água, e isto é primariamente uma função da concentração total do carbonato.

Quando uma amostra é aplicada a uma região de detecção do pH, um reagente de detecção do pH tal como um corante indicador do pH, referido como o "Ind" daqui por diante, interage com o íon hidrogênio na amostra através do equilíbrio abaixo:

Ind + H+(aq) => IndH+.

A mudança na concentração do indicador, de acordo com o equilíbrio supra, é usada para determinar o valor do pH na amostra. As moléculas do indicador (Ind e IndH+) apresentam espectros diferentes, e uma alteração na absorção do espectro indica um deslocamento do equilíbrio, o qual, reflete os deslocamentos no pH do sistema, e a mudança na concentração do indicador é normalmente medida por meio de uma mudança nas propriedades ópticas da região de detecção. As propriedades ópticas incluem a absorção e a fluorescência.

Uma vez que o próprio indicador de pH é normalmente um ácido ou uma base de Bronsted, tal como indicado no equilíbrio supra, o processo de medição do pH perturba o equilíbrio acido/base na amostra, o qual resulta em um erro de medição do pH. O valor numérico deste erro é uma função da capacidade de tamponamento do sistema. Portanto, deve-se conhecer a alcalinidade do sistema para determinar o pH de forma precisa.

Um grupo sensor para as analises do pH e da alcalinidade compreende diversos elementos sensores. Alguns elementos medem a alcalinidade de amostra, enquanto que outros elementos medem o pH da amostra, e a combinação entre estes diversos elementos sensores é usada para estender a faixa de detecção do grupo. A resposta do elemento sensor à alcalinidade pode ser conseguida independente do pH da amostra, e a alcalinidade de amostra pode ser obtida exatamente da alcalinidade dos elementos. Tal como supra citado, a resposta dos elementos sensores de pH é uma função tanto do pH quanto da alcalinidade. Uma superfície de calibragem de duas dimensões pode ser obtida para o pH e para a alcalinidade. O valor do pH da amostra pode ser determinado utilizando o valor medido da alcalinidade e interpretando a resposta do sensor usando a superfície de calibragem de duas dimensões.

Resposta Cinética

Freqüentemente, e para a qualificação, a resposta do sensor deve alcançar um estado fixo mediante a exposição da amostra. Na prática, alguns sensores apresentam um tempo de resposta longo e isto leva um tempo de resposta inaceitável para alcançar o estado estável ou fixo, e a medição da resposta do sensor a qualquer tempo pode resultar em erros devido às variações no tempo. Para um grupo sensor, podem ser aplicados diferentes métodos diferentes de leitura da resposta. Para os sensores não de estado fixo [non-steady state], são necessárias medições dependentes do tempo. A informação cinética pode ser interpretada para as características dinâmicas do sistema, tal como a inclinação inicial, a inclinação em um dado momento, e as interceptações de um seguimento selecionado da curva de resposta.

Em adição, a resposta temporal também pode fornecer uma medida de detecção tanto da resposta ao material em analise quanto reflete a presença ou a concentração de contaminantes os quais afetam a cinética da resposta do sensor. De forma similar, a resposta cinética pode ser usada para medir a concentração dos agentes de catalisação que podem se encontrar no sistema, tornando a resposta temporal independente da medição do equilíbrio do grupo sensor. Por vezes, modelos de séries estáticas podem ser usados para tratar a resposta de um sensor de estado não fixo. Em geral, a leitura final e as respostas antes da leitura final podem ser ajustadas em um modelo de modo a minimizar os erros instrumentais e de medição. Sistema de Analise Total

Tal como aqui descrito, o sistema de análise total da presente invenção inclui uma plataforma de um grupo óptico compreendendo diversos filmes sensores de resposta química ou física. O sistema produz uma resposta óptica proporcional ao parâmetro físico ou químico desejado, acarreta a redução dos efeitos secundários de ruído, defeito e efeitos de interferência, compensa as interações com diversas variáveis estatísticas, leva em conta o histórico do grupo de teste e fornece um sistema de referência para calibrar a resposta do grupo sensor da plataforma de detecção óptica. Este grupo de teste complexo pode ser combinado com uma captura de dados baseada no tempo de modo a fornecer uma análise temporal de teste a qual pode melhorar ainda mais a resposta geral do grupo. Os elementos do grupo complexo aqui descritos mostram como cada elemento melhora a performance do grupo, e como a combinação destes elementos produz medições otimizadas ambientais e biológicas. Além disto, esta plataforma de grupo óptico melhorada é vantajosamente empregável em ambientes fora do laboratório.

Em outros aspectos da invenção, os materiais de referência interna são incluídos como uma parte integrada deste grupo sensor. Os materiais de referência permitem a normalização da resposta do sensor de modo a eliminar as variações causadas pelas mudanças de luminosidade, da qualidade do elemento sensor e dos parâmetros ambientais. Em adição, a presente invenção fornece soluções para os problemas específicos que estão associados com as técnicas de geração de imagens digitais conhecidas na arte.

Em outros aspectos da invenção, o volume da amostra que ao qual cada elemento sensor é exposto, é controlado por meio de um dispositivo fluídico baseado em um fluxo capilar, o qual transporta e dosa, em quantidades medidas, um volume controlado da amostra liquida para os elementos sensores. Deste modo, o dispositivo fluídico de fornecimento, ou de alimentação, da presente invenção torna possível a construção eficiente de um grupo sensor tanto com elementos sensores reversíveis e irreversíveis.

Os exemplos seguintes são incluídos para demonstrar a aplicabilidade ampla da presente invenção. Os peritos na arte irão perceber que as técnicas descritas nos exemplos que seguem representam técnicas descobertas pelos inventores, e assim podem ser consideradas como constituindo modos exemplificativos para a sua realização prática. Contudo, os peritos na arte deverão perceber, à luz da presente descrição, que podem ser feitas diversas mudanças nas formas específicas de realização, as quais são descritas e ainda assim obtém resultados iguais ou semelhantes sem com isto fugir do escopo da invenção.

Exemplo 1 : Tempo de enchimento do reservatório como uma função dos parâmetros geométricos do canal e do reservatório

As formas do canal e do reservatório são mostradas na figura 20. O dispositivo compreende três camadas, tal como mostrado de forma similar na figura 1. A camada da tampa superior 2 é feita de um filme hidrofílico de vedação por calor. Os orifícios de respiro 7 (1,5 mm de diâmetro) foram cortados através desta camada. A camada do canal médio 4 é feita a partir de uma folha de policarbonato com 0,78 mm de espessura, com canais 5 abertos e aberturas retangulares (isto é, os reservatórios) 8 cortados por meio de um equipamento com controle numérico por computador (CNC). A camada de fechamento 6 do coletor de amostras é uma junta de vedação de silicone com dureza Shore A de 40, a qual fornece a vedação para o substrato. As aberturas retangulares são cortadas por moldes através da junta de vedação. Quando estas camadas são laminadas de modo a formar um dispositivo de fornecimento de um fluido, os canais são criados entre a camada de topo hidrofílica 2 e a camada média 4 de canais. As aberturas retangulares na camada de canais e a camada de fechamento do coletor de amostras definem um reservatório aberto no fundo, com a camada hidrofílica como a sua parede de topo. Quando esta montagem é fixada no substrato, são formados reservatórios fechados os quais estão ligados na porta de entrada centra da amostra através dos canais.

Os parâmetros dos canais e dos reservatórios testados neste exemplo estão listados na Tabela 1 abaixo. Foi descoberto que o tempo de enchimento do reservatório (t/segundos) pode ser expresso através da função abaixo: Log(t) = K - 0,97251 Log(W) - 2,43118 Log(D) + 1,34630 Log(L) + 1,70630*Log(Dgasket)

(Equação

1)

na qual L, W e D são o comprimento, a largura e a profundidade do canal, respectivamente; DgaSket é a espessura da junta de vedação. A constante K é equivalente a -1,9944 para uma configuração com único canal para um único reservatório, e é igual a - 1,7740 para uma configuracao com unico canal para dois reservatorios.A figura 21 mostra a comparação entre o tempo de enchimento previsto pela equação acima com os dados experimentais.

Tabela 1

<table>table see original document page 27</column></row><table> <table>table see original document page 28</column></row><table>

Com base nesta equação, pode-se projetar um dispositivo que permita que todos os reservatórios sejam enchidos dentro de uma faixa limitada de tempo apesar da variação na distância entre os reservatórios e a porta central de entrada. Caso seja desejável, os reservatórios podem ser enchidos em seqüência através da escolha dos parâmetros de canal de acordo com a equação supra. Exemplo 2

Um dispositivo de alimentação de uma amostra apresentando 54 reservatórios é mostrado na figura 1. O dispositivo 10 é montado a partir de quatro componentes através de um método similar àquele descrito na figura 1. A profundidade e a largura do canal 5 são de 0,33 mm e 1,5 mm, respectivamente. O comprimento e a largura dos reservatórios 8 é de 5,5 e 4 mm, respectivamente. A camada de fechamento 6 do coletor é cortada a partir de uma folha de borracha de silicone transparente, com adesivo na parte de baixo, com 0,55 mm de espessura. A espessura da camada 4 de canais de policarbonato é de 0,78 mm. A seleção destes parâmetros de projeto foi guiada pela equação mostrada no exemplo 1. Uma solução de amostra com 2,7 mi, contendo Iuu ppm de azul básico [Basic Siuej, for alimentada na porta de entrada da amostra. O fluxo nos canais e nos reservatórios foi monitorado em tempo real, utilizando uma câmara de vídeo digital. O tempo de preenchimento de cada reservatório foi recuperado a partir dos filmes gravados. Os tempos médios de preenchimento para todos os 54 reservatórios, obtidos por seis dispositivos, são mostrados na figura 22. Os dados demonstram que o dispositivo permite o fornecimento da amostra líquida para diversos reservatórios dentro de uma faixa restrita de tempo. Exemplo 3

Seis filmes sensíveis ao cloro foram depositados sobre uma folha fina de polietileno translúcido. Uma solução padrão de cloro a 20%, preparada a partir do NaOCI a 5% por diluição com água desionizada, foi pingada sobre cada filme. A amostra de água foi removida dos filmes 1 minuto após a sua aplicação. Apareceu uma cor azul conforme o cloro nas amostras de água reagiu com o reagente sensível ao cloro imobilizado nos filmes. A imagem destes seis filmes foi capturada através de um scanner modelo Scanjet 6300C da Hewlett Packard1 e é mostrada na figura 5. O arquivo digital produzido pelo scanner era no formato JPEG (67 KB). A profundidade de cor era de 255. A resolução do pixel era de 200 dpi.

A imagem digital foi processada através do Adobe Photoshop® 6. As áreas do filme foram selecionadas usando as ferramentas de seleção fornecidas pelo pacote do software Photoshop. Os valores médios RGB para cada cor selecionada estão listados na Tabela 2, abaixo. Os valores RGB para uma área em branco da imagem, referidos como Rw1 Gw e Bw· também estão listados na Tabela 2.

Tal como ilustrado na figura 6, a quantidade definida na

Equação 2 abaixo pode ser usada para quantificar a concentração de cloro. Rcloro = -log(R/Rw) -log(G/Gw) -log(B/Bw) (Equação 2)

Tabela 2

<table>table see original document page 29</column></row><table>

Exemplo 4: Determinação da alcalinidade com diversas regiões de detecção

Seis filmes sensíveis à alcalinidade foram depositados sobre uma lâmina de vidro. Os tipos apropriados de sensores usados neste exemplo estão descritos nos ainda pendentes pedidos de patente do mesmo titular, de títulos "Composições de materiais para sensores para a determinação das espécies químicas com traços de concentração e método de uso dos sensores" e "Sensores de fosfato auto contido e método de uso dos mesmos", depositados na mesma data que o presente e que não serão aqui repetidos. Diversamente da analise do cloro, diversos filmes foram usados para determinar a alcalinidade de uma única amostra de água. Uma solução padrão de alcalinidade a 20% foi gotejada sobre cada um dos seis filmes. A amostra de água foi removida dos filmes 2 minutos após o depósito. Foram medidas dez soluções alcalinas.

Tal como o quanto ilustrado na figura 7, a imagem do total dos 60 filmes expostos foi capturada através de um scanner modelo Scanjet 6300C da Hewlett Packard. O arquivo digital produzido pelo scanner era no formato JPEG (48 KB). A profundidade de cor era de 255. A absorção de cada filme exposto a 650 nm foi medida em um espectrômetro USB2000 da Ocean Optics. Os valores médios RGB para as áreas coloridas selecionadas estão indicados na Tabela 3. Os valores RGB para o fundo em papel branco são 239,41, 239,34 e 244,19 respectivamente. A quantidade Raik seguinte foi empregada para quantificar a alcalinidade:

Ralk = [(Rw-R)2 + (Gw - G)2 + B2]1/2/Bw. (Equação 3)

Tabela 3 - Análise de cor dos filmes mostrados na Figura 7 <table>table see original document page 30</column></row><table> <table>table see original document page 31</column></row><table> de 10%, 80% e 10%, respectivamente, c. Soluções preparadas a partir do NaHCC>3

Na figura 8, o valor médio Raik dos seis filmes é plotado como uma função da alcalinidade da solução. Note-se que a curva de calibragem para a analise da alcalinidade não é necessariamente uma linha reta. A curvatura na curva de calibragem não é devida pelo método atual de analise pela cor. Isto é suportado pela correlação linear entre o Raik e a absorção medida através de um espectrômetro a 650 nm, tal como mostrado na figura 9.

Exemplo 5 : Determinação da alcalinidade usando uma câmara digital - Normalização contra as áreas internas de referência.

A imagem do total dos 60 filmes expostos foi capturada através de uma câmara Sony DSC S75. A câmara foi ajustada no modo automático no qual o balanço de branco, o foco e a abertura foram automaticamente ajustados. As lâminas de vidro foram dispostas próximas a uma lâmpada de mesa de 40 Watts.

Os valores médios RGB para as áreas coloridas selecionadas estão listados na Tabela 4 abaixo. Diversamente do quanto realizado para a captura das imagens através de um scanner digital, a iluminação do objeto não era uniforme. De modo a corrigir isto, foram tomados os valores RGB do fundo branco próximo a cada filme. Ao invés de usar um único conjunto de calores RGB para o fundo branco na Equação 3, cada filme colorido foi ajustado de acordo com os valores Rw Gw Bw tal como listados na Tabela 4. A curva de calibragem é mostrada na figura 10.

Tabela 4 - Análise de cor da imagem da câmara digital para o Exemplo 5

<table>table see original document page 32</column></row><table> <table>table see original document page 33</column></row><table> <table>table see original document page 34</column></row><table> é usada uma câmara para capturar a imagem do sensor.

Exemplo 6 : Determinação do pH por meio da calibragem com diversas variáveis estatísticas

Um filme sensível ao pH foi depositado sobre uma folha de policarbonato. O filme continha o bromotimol Azul como o pigmento indicador do pH, e outros aditivos. As solução de pH padrão usadas neste exemplo forma preparadas a partir de soluções de carbonato de sódio e de ácido sulfídrico. Um eletrodo de vidro, calibrado através de dois tampões de pH (7,00 e 10,00 da Fisher Scientific, de acordo com os padrões da NIST), foi empregado para medir os valores do pH das soluções padrão. Não foi feita nenhuma correlação relativa aos efeitos da força iônica no coeficiente de atividade do íon hidrogênio e dos potenciais da junção líquida. A alcalinidade foi medida por meio de titulação em uma solução 0,2 N de ácido sulfídrico.

Tabela 5 - Analise de cor para as imagens digitais do Exemplo 6

<table>table see original document page 35</column></row><table>

As respostas dos sensores estão plotadas como uma função do pH e da alcalinidade da amostra na figura 12. Fica claro a partir da figura 12 que a resposta dos sensores é uma função tanto do pH da amostra quanto da alcalinidade da amostra, tal como descrito na secção supra. Foi descoberto que os valores experimentais do pH poderiam se enquadrar na seguinte equação de calibragem de duas variáveis, dentro de 0,09 unidades de pH (desvio médio absoluto). pH = a0 + ai alk + (a2 + a3 alk) RpH + (a4 + a5 alk) (RpH)2 (Equação 5)

Os valores dos parâmetros de ajuste aO até a5 estão listados na Tabela 6, abaixo. Os valores calculados do pH a partir da equação supra são comparados com os valores experimentais na Tabela 6.

Tabela 6 - Parâmetros para a equação de calibragem do pH e valores calculados a partir da equação de calibragem

<table>table see original document page 36</column></row><table>

Exemplo 7: Redução de ruído

Foram produzidos diversos filmes sensores com defeitos que foram causados por reagentes não dissolvidos da formulação do filmes sensor, preparados a partir de uma solução polimérica. Alguns defeitos foram introduzidos nas etapas de preparação do filme, tais como a inclusão de partículas de poeira no filme. MAteriais estranhos podem ser depositados no filme durante a exposição da matriz de amostras. Uma imagem digital consegue uma resolução muito alta em relação a intensidade das cores em cada região de detecção. Esta informação espacial pode ser explorada para a redução de ruído. Pode ser empregada uma diversidade de ferramentas para a análise de dados, de modo a reduzir os erros resultantes dos defeitos nos filmes. Este exemplo demonstra uma solução estatística simples para rejeitar as leituras feitas pelas áreas com defeitos.

Uma imagem colorida ampliada de um ponto sensor de pH, feita a partir do exemplo 6, é mostrada na figura 13. Uma partícula de pó, indicada pelo número de referência 130, está visível nesta imagem. Os valores RGB para uma linha horizontal de 40 pixels contendo esta partícula de poeira são mostrados na figura 14. No exemplo 6, as médias dos valores RGB calculadas em relação a toda a região do sensor são usadas para calcular a resposta do sensor. Por uma questão de simplificação, nós empregamos dados unidimensionais neste exemplo, de modo a demonstrar o método de redução de ruído. Nós inicialmente calculamos as médias e os desvios padrão para este conjunto de dados respectivamente para R, G e B. Então, nós rejeitamos aqueles pontos que apresentam um desvio maior que um múltiplo predeterminado para o desvio padrão do conjunto. Por fim, são calculadas as médias e os desvios padrão para os pixels, com exclusão das áreas empoeiradas.

Pode ser usado um cálculo similar para eliminar um grupo de pixels. Inicialmente, nós calculamos os desvios padrão para todas as regiões de detecção. Então, nós calculamos os desvios padrão dentro de uma área menor (um círculo contendo 6 pixels escolhido para este exemplo) centralizado em cada pixel ao longo de cada linha horizontal de pixels. A figura 15 mostra os resultados para estes cálculos. Fica claro que uma área centralizada no 40° pixel deve ser rejeitada.

A figura 16 mostra a curva de calibragem para um filme sensor de cálcio. O filme foi preparado a partir de uma solução polimérica, a qual contém um corante que responde ao cálcio. O filme foi preparado sobre uma folha de policarbonato com um aplicador de filme. Quando o filme ficou seco, parte do corante agregou de modo a formar pequenas áreas escuras distribuídas de forma aleatória por todo o filme, mal vistas a olho nu. Uma imagem digital do filme exposto foi escaneada com um scanner da Canon modelo LiPE no modo de cor de 16 bits com uma resolução espacial de 300 dpi. A mesma equação que foi usada para a calibragem do pH foi empregada para calcular a resposta do sensor. Os métodos de filtragem dos dados acima descritos (2x o desvio padrão) foram usados para rejeitar os dados dos pontos originados a partir dos agregados de pigmento. Em geral, de 90 a 145 pixels são rejeitados dentro de uma área com 2700 pixels. O valor R-quadrado para a calibragem é de 0,9930, o qual é significativamente maior quando comparado com o valor de 0,9886 obtido através dos valores RGB não filtrados recuperados utilizando o Photoshop CS. Exemplo 8: Resposta Cinética

Fio preparada uma solução polimérica contendo reagentes sensíveis ao molibdato. A solução polimérica foi depositada sobre uma folha de policarbonato utilizando um aplicador de filmes. O substrato de policarbonato foi cortado em tiras de 20 χ 80 mm. A maior parte do filme sensor em cada tira foi cortado e removido, o que deixou apenas um ponto sensor de 6 χ 6 mm na tira. Fio montado um canal com 200 μιη de profundidade e com 6,5 mm de largura, utilizando uma placa de vidro e fitas de dupla face para cobrir o ponto de 6 χ 6 mm, de modo a formar uma montagem fluídica. Esta montagem, um scanner da Canon modelo LiPE e uma solução padrão de molibdato com 10 ppm foram dispostos em uma sala com temperatura controlada. Após um tempo de equilíbrio de cerca de 1 hora, a solução de amostra foi introduzida no filme sensor através do canal por meio de ação capilar. Foram feitas imagens do filme sensor dentro dos intervalos de tempo mostrados na Tabela 7 abaixo. As imagens obtidas a 25,3 0C estão mostradas na figura 18.

Neste exemplo, nós desejamos demonstrar a importância da análise dos dados para as respostas dos sensores, a qual é uma parte importante do método sistemático para a determinação simultânea de diversos materiais em analise, conforme descrita nesta invenção.

Foi descoberto que a resposta inicial do sensor, para um filme não exposto, é uma função da temperatura. For conveniência, nós normalizamos a resposta do sensor após a exposição através do cálculo da relação abaixo para quantificar a concentração do molibdato:

<formula>formula see original document page 38</formula> (Equação 6)

Tabela 7 - Dados cinéticos em três temperaturas

<table>table see original document page 38</column></row><table> <table>table see original document page 39</column></row><table>

Esta quantidade é plotada como uma função do tempo na figura 17. Diversamente de várias das reações dos sensores químicos, a resposta do sensor, tal como supra definida, não alcança um platô. Ao invés disto, esta continua a crescer linearmente com o passar do tempo. Os ajustes lineares dos quatro últimos pontos para cada temperatura são mostrados na figura 19.

Pegar uma única leitura desta resposta não estável do filme pode resultar em um grande erro. Para este tipo de resposta de sensor, nós pretendemos utilizar uma quantidade derivada da medição cinética para quantificar a concentração do material em análise. Foi descoberto de as interceptações das curvas lineares mostradas na figura 17 são uma função linear da temperatura. Assim, uma equação de calibragem com diversas variáveis estatísticas, nas quais a temperatura e as respostas dos sensores a diversos tempos de exposição são variáveis independentes, é apropriada para este tipo de sensor.

Aqueles que estão familiarizados com a arte irão perceber que podem ser usados diversos modelos estatísticos e matemáticos para interpretar os dados cinéticos apresentados neste exemplo. Os métodos incluem a filtragem de Kalman, o ajuste do ultimo quadrado, e outras ferramentas de previsões por séries temporais tais como as descritas na literatura relativa as análises. Exemplo 9 : Grupo sensor com volume controlado da amostra

Oito filmes sensores sensíveis ao magnésio foram transferidos [screen printed\ sobre uma folha de policarbonato de 127,8 χ 85 mm. 0 dispositivo de alimentação da amostra, similar àquele descrito ma exemplo 2, foi disposto no topo da folha de policarbonato de modo a formar canais encerrados e reservatórios. Os filmes sensores tinham 4 mm de comprimento, 4 mm de largura e cerca de 1 mm de espessura. Os reservatórios tinham 5,25 mm de comprimento, 5,25 mm de largura e 1,6 mm de profundidade. O volume dos reservatórios era de 44,1 μΙ. Quando a amostra era introduzida na porta central de entrada, a força capilar conduzia a amostra para encher os reservatórios. Este dispositivo de fornecimento fornece meios de distribuição de amostras com volume controlado para o grupo sensor.

Foi empregado um grupo sensor com 4x4 LEDs/fotodiodos fabricado por encomenda para monitorar a resposta do filme sensor. Os LEDs tem a sua emissão máxima em 467, 530 e 634 nm. Os LEDs e os fotodiodos foram fixados em duas placas de circuito impresso separadas. As placas de circuito impresso foram mantidas paralelas dentro de uma caixa, dentro da qual a montagem do grupo sensor pode ser inserida e alinhada com o grupo de LEDs/fotodiodos.

Uma amostra de 3 ml de água, contendo 12 a 100 ppm de magnésio, foi inicialmente introduzida na porta de entrada da amostra. A absorção do sensor a 530 nm (G) 634 nm (R) foi medida 3 minutos após a introdução da amostra. Foi descoberto que a relação G/R é linear com relação a concentração de magnésio na amostra. A curva de calibragem é mostrada na figura 23.

Nós também descrevemos sistemas e métodos de amostragem para fornecer volumes controlados de amostras fluidas para grupos de sensores. Uma aplicação da presente invenção é a de fornecer meios para a alimentação de volumes controlados de amostras líquidas para grupos de sensores em discos ópticos. Os métodos para a produção grupos de sensores em discos ópticos são descritos em diversas dentre os nossos pedidos de patente antecedentes, como por exemplo no pedido de patente norte-americano 2005/0112358, no pedido de patente norte-americano 2005/0111000, no pedido de patente norte-americano 2005/011001, e no pedido de patente norte-americano 2005/0111328, a descrição de todos estes sendo aqui incorporadas como referência.

De acordo com as formas de realização de exemplo da presente invenção, nós fornecemos sistemas e métodos de amostragem nos quais um sistema de amostragem de um fluido compreende uma estrutura de amostragem removível localizada nas proximidades de um grupo de regiões de detecção, para a detecção química, localizado em um substrato. A estrutura de amostragem removível permite que cada região de detecção interaja individualmente com a amostra fluida dentro do sistema de amostragem.

A figura 24 mostra um exemplo de um sistema de amostragem 240 o qual incorpora uma camada de amostragem 241 em material macio e montada de forma destacável sobre um substrato 242, o qual apresenta uma pluralidade de regiões de detecção 244. As regiões de detecção 244 pode ser integralmente formadas com o substrato 242 ou podem ser dispostas na superfície de fundo da camada 241. A camada 241 pode ser montada no substrato 242, por exemplo, através de um adesivo reversível. O sistema de amostragem 240 de exemplo e as regiões de detecção 244 foram expostas a volumes controladas da amostra fluida em cada reservatório.

A figura 25 ilustra o conceito da literatura para o mergulho vertical de um substrato 242 e do reservatório 262 ligado a este. Tal como o quanto ilustrado na figura 25, a estrutura composta por substrato/reservatório é mergulhada um uma amostra fluida 260 de modo a preencher cada reservatório 262 com um certo volume da amostra de fluido. A seguir, e quando o substrato 242 é removido do líquido 262 (tal como indicado pela flecha para cima), uma porção controlada do volume da amostra é mantida em cada reservatório devida a tensão superficial das paredes do reservatório, mesmo que os reservatórios 262 sejam substancialmente orientados na vertical em relação a superfície do fluido 260 quando o substrato é removido. Nesta forma de realização de exemplo, o reservatório 262 pode ser formado com uma camada de amostragem formada de fixada no reservatório (não mostrada) aderida no substrato 242, tal como supra descrito.

Tal como melhor ilustrado pela figura 27, a presente invenção também contempla fornecer meios para fornecer volumes controlados de amostras líquidas para grupos de sensores localizados em discos ópticos 281. Para demonstrar o fornecimento de um fluido para um DVD, CD, CD super áudio, disco de dupla camada, blu ray, e outros tipos de substratos, nos fabricamos o dispositivo de amostragem mostrado na figura 27. Aqui é ilustrado um conceito no qual o substrato é um disco de DVD 281 compreendendo uma pluralidade de regiões de detecção 244. O dispositivo ilustra o uso de reservatórios 262 individualmente abertos ou parcialmente fechados no topo de cada uma das regiões de detecção 244. O sistema de amostragem de exemplo portanto toma a forma de um disco de DVD 281 encerrado dentro de uma caixa de disco 282 com as regiões de detecção 244 e a porta de entrada de fluido 12 localizadas no meio do disco 281.

Tal como ilustrado na figura 27, o disco óptico sensor, tal como um DVD, CD1 CD super áudio, disco de dupla camada, blu ray, e similares, fica contido dentro de uma caixa de discos 282. O disco óptico 281 é montado com a camada de amostra destacável configurada de acordo com a figura 1. Ainda mais, a caixa de discos ou porta CDs contém uma camada de mata-borrão a qual serve para remover a água residual do disco antes da medição. A camada de mata-borrão é feita de qualquer material poroso que seja capaz de absorver a água através do contato com o substrato.

A figura 26 ilustra uma estrutura em forma de árvore para a introdução das amostras fluidas a partir da porta de entrada 12 para diversas regiões de detecção 244, direcionada por meio de uma pluralidade de canais fluídicos 5. Deve ser entendido pelas pessoas que possuem proficiência na arte que podem ser usados diversos outros métodos diferentes para mover os fluidos através do sistema de amostragem, incluindo um fluxo eletro osmótico, pela força capilar, eletro-líquido (no qual a pressão eletrocapilar é criada por um líquido condutor o qual compartilha um capilar com um líquido isolante confinado), bombeamento termo-capilar (envolvendo gradientes de temperatura em capilares), campos magnéticos, fluxos com direcionamento superficial (tensão superficial em capilares, superfícies quimicamente modificadas), controle eletromecânico (surfactantes ativos redox para as válvulas), meios mecânicos (seringas, forças iniciadas por pressão), centrípeta (incluindo a centrifugação de líquidos) e gradientes de energia superficiais, e/ou as combinações entre estes.

Deve ser entendido que a presente invenção é adaptada para operação nos modos de análise em reflexão, transmissão, emissão e/ou dispersão. Também deve ser entendido que a presente invenção pode ser aplicada para tipos diferentes de grupos sensores e pode ser operada nos modos em etapas ou em contínuo. No modo em etapas, a operação do grupo sensor e a leitura podem ser realizados antes e após, ou apenas antes dos elementos sensores terem sido expostos à amostra líquida. No modo em contínuo, a operação do grupo sensor e a leitura podem ser realizados durante a exposição ao líquido. De modo a possibilitar os modos de operação diferentes, a estrutura da camada de amostragem pode ser removida do substrato antes que aconteça a medição, ou a estrutura pode ser mantida intacta durante o processo de medição.

Em outros aspectos da presente invenção, o sistema de análise total inclui uma plataforma do grupo óptico, a qual compreende diversos sensores que respondem a estímulos químicos ou físicos, na forma de filmes que se incham na água e/ou filmes que se dissolvem na água e/ou filmes que sofrem lixiviação na água. O sistema produz uma resposta óptica proporcional ao parâmetro físico ou químico desejado, permite uma redução dos efeitos secundários de ruído, defeitos e efeitos de interferência compensa as interações devidas as variáveis múltiplas, leva em conta o histórico do grupo de teste e fornece um sistema de referência para calibrar a resposta do grupo sensor para a plataforma de detecção óptica. Este grupo de teste complexo pode ser combinado com a captura de dados com base no tempo de modo a realizar uma analisem temporal do teste a qual pode melhorar ainda mais a resposta geral do grupo. Os elementos do grupo aqui descrito mostram como cada elemento melhora a performance do grupo, e como a combinação destes elementos pode ser usada para produzir medições otimizadas ambientais e biológicas. Além disto, esta plataforma do grupo óptico melhorada é vantajosamente prevista para uso em ambientes fora do laboratório.

Um outro aspecto da presente invenção é o de que cada elemento sensor ou filme é exposto a um volume controlado da amostra. São aqui descritos dois sistemas deferentes para o fornecimento do fluido, de modo a transportar e a dosar o líquido de amostra para os elementos sensores, o que é necessário para que se efetive a reação química entre o líquido da amostra e o elemento sensor. Os dois sistemas de fornecimento aqui descritos são o dispositivo de fornecimento fluídico baseado no fluxo capilar e o dispositivo de fornecimento fluídico baseado no mergulho da célula. Ambos os dispositivos de fornecimento fluídicos da presente invenção estão aptos a serem combinados com o cartão do grupo de testes que compreende os elementos sensores aqui descritos.

Um outro aspecto da invenção é o de que cada elemento sensor é exposto a um volume controlado da amostra, sendo que o elemento sensor se encontra na forma de filmes que se incham na água e/ou filmes que se dissolvem na água e/ou filmes que sofrem lixiviação na água. Devido ao volume controlado da amostra, os reagentes químicos no filme que reponde pela geração do sinal óptico mediante a interação com o elemento sensor ficam no volume de amostra, o que fornece uma medição precisa do sina!. Cartão do Grupo de Teste

A figura 28 ilustra um cartão de teste 9 de uso único ou descartável, também referido como um disco ou substrato, compreendendo diversos filmes sensores 3 que respondem a estímulos químicos ou físicos, de acordo com uma forma de realização de exemplo da presente invenção. Os filmes sensores 3 podem estar agrupados em conjuntos quimicamente ou fisicamente similares de um ou mais filmes dependendo da fidelidade desejada para a resposta do sensor, por meio do uso da eliminação externa ou do processamento estatístico para as respostas individuais dos filmes.

Dispositivo de Fornecimento Fluídico

A figura 29 ilustra um dispositivo de fornecimento fluídico 10, o qual pode estar alinhado e montado em um cartão de testes 9, através dos furos de localização 1. O dispositivo de fornecimento 10 transporta uma quantidade controlada de uma amostra liquida injetada na porta de entrada 12, em quantidades medidas, para um grupo de reservatórios 8 através dos canais 5 que se irradiam a partir da porta de entrada 12 em direção aos reservatórios 8, de modo a efetivas a reação química entre o fluido de amostra e o elemento sensor 3 ligado à célula. Ainda mais, o dispositivo de fornecimento fluídico 10 materializa quatro paredes laterais e o teto dos reservatórios com o cartão de testes 9 materializando a base de fundo. O teto dos reservatórios compreende um filme que apresenta orifícios de respiro 7 os quais permite o escape do ar para fora do reservatório conforme estes são preenchidos com o líquido de amostra. O material do orifício de respiro, o diâmetro e a profundidade são otimizados de modo a regular a passagem efetiva de ar e a contenção do fluido de amostra dentro das dimensões controladas das paredes dos reservatórios 8. As paredes hidrofóbicas o orifício de respiro 7 cilíndrico são críticas para manter o fluído de amostra contido dentro do reservatório mesmo nos casos em que o dispositivo de fornecimento de fluido é submetido a uma inclinação, relativa ao plano horizontal, resultando da realização das medições sobre típicas superfícies de bancadas as quais podem apresentar um inclinação diferente de zero graus.

Fazendo novamente referência à figura 1, um dispositivo de fornecimento fluídico de exemplo, configurado de acordo com uma forma de realização de exemplo da presente invenção, em geral compreende, mas não está limitado a, quatro componentes, nominalmente: anel de vedação em O 11 com um adesivo ou qualquer outro método comum de soldagem por polímero aplicado de modo a unir os componentes do dispositivo de fornecimento e criar efetivamente uma parede de contenção e de vedação para o fluido de amostra injetado; um filme de tampa superior 2 fabricado a partir de um material plástico hidrofóbico (p. ex., polipropileno, polipropileno orientado, polietüeno tereftalato, θ similares) o qual apresenta uma superfície de fundo hidrofílica modificada por meio de um revestimento, um tratamento químico, uma modificação da superfície e similares, de modo a criar um teto para os reservatórios 8, e com material removido do teto de modo a criar os orifícios de respiro 7 acima dos canais 5 e dos poços ou reservatórios 8; uma placa de canal fluídico 4 com diversas aberturas com espessuras passantes de modo a criar as paredes laterais dos poços ou reservatórios 8, os quais são ligados na porta de entrada 12 por meio de ranhuras rasas ou canais 5 cortadas na placa no plano da superfície de topo da placa de canal fluídico 4; e uma camada de união ou fechamento 6 adaptada para fixar a superfície de fundo da placa de canal fluídico 4 na placa dos grupos de sensores (não mostrada) - a construção da camada de união sendo tanto através de um adesivo aplicado sobre tela, uma fita adesiva de dupla face, ou uma folha macia de silicone, com a propriedade de alta capacidade de umedecimento, depositada no fundo da placa de canal fluídico 4 ou na superfície livre de topo do cartão do grupo de testes 9.

Um outro aspecto da invenção é o de que os componentes do dispositivo de fornecimento fluídico, por exemplo o filme de união 6 e o anel de vedação 0 11, que em uma forma de realização são formados por uma fita adesiva de dupla face ou por um adesivo de transferência em tela para a união com os outros componentes do dispositivo de fornecimento fluídico, devem apresentar uma interferência química insignificante em relação a resposta dos elementos sensores. Os adesivos em tais aplicações tipicamente pertencem a família dos adesivos baseados em acrilatos. É preferido que seja feita uma transferência cuidadosa dos adesivos de modo a minimizar as interferências químicas.

Em uma outra forma de realização do dispositivo de fornecimento fluídico, o anel de vedação O é de um material parcialmente absorvente o qual é hidrofóbico no centro e hidrofílico na direção do diâmetro externo. Isto permite que qualquer excesso de água injetada dentro da porta de entrada e que transborde para além do topo devido a um salpico ou inclinação do dispositivo de fornecimento fluídico em relação ao plano horizontal, seja absorvido pelo material poroso. Isto minimiza a possibilidade de que qualquer excesso do fluido de amostra injetado escorra pelo topo do filme da tampa superior 2 e resulte em um aumento e na introdução descontrolada do fluido de amostra na pluralidade de reservatórios, a partir dos orifícios de respiro 7, ou em uma contaminação cruzada pelo deslocamento do fluido de amostra já reagido, de um ou mais reservatórios, para outros a partir da rota superficial e para dentro pelos orifícios de respiro 7.

Em uma forma de realização da plataforma de grupo de testes, o dispositivo de fornecimento fluídico é combinado com o cartão de grupo de testes durante a medição. Nesta forma de realização, permite-se que o corpo da amostra fluida fique no reservatório das amostras interagindo corn o elemento sensor durante a medição, isto é, a medição é feita "líquida" conforme ocorre a reação ou se procede no sentido de um equilíbrio.

Nas formas de realização supra para a plataforma de grupos de testes, na qual o cartão de grupo de testes é combinado com o dispositivo de fornecimento fluídico durante a medição, o filme de tampa superior pode ser formado a partir de materiais transparentes, de tal forma que uma quantidade mínima da energia da fonte de luz, dentro da faixa do comprimento de onda de interesse, seja absorvida por esta camada, assumindo que a luz é incidente nos elementos sensores e precisa ser transmitida através da espessura deste componente.

Ora, e com referência as figuras 30a-c, o dispositivo de fornecimento fluídico pode compreender uma placa de canal fluído 4 fixada no cartão de grupos de teste 9, sendo que a camada de cobertura 2 forma a porção de teto do reservatório 8 e os orifícios de respiro 7 e forma os canais 5 que se comunicam com a porta de entrada 12 vedada pelo anel de vedação O 11 (figura 30a). Alternativamente, e como melhor ilustrado através das figuras 30b e 30c, o grupo de teste de canal fluídico combinado 13 pode compreender elementos sensores 3 dispostos dentro dos reservatórios 8 (figura 30b) ou os elementos sensores 3 podem estar dispostos na superfície de fundo da camada de cobertura 2 (figura 30c). Os elementos sensores 3 podem ser integrados no sistema de fornecimento fluídico e o grupo de teste de canal fluídico combinado 13 é modificado de modo a incluir uma pluralidade de poços 8 ao invés das aberturas de espessura passante de uma placa de canal fluídico 4 separada, a qual forma as quatro paredes do reservatório. Tal forma de realização também elimina a necessidade da camada de união 6 uma vez que não mais existe um cartão de grupos de teste 9. A vantagem de tais formas de realização é a de que estas reduzem a quantidade total de componentes a serem montados para a formação da plataforma de grupos de teste para em geral três componentes, nominalmente: anel de vedação em O 11, filme de tampa superior 2, e placa de canal fluídico 13 modificada, a qual inclui os poços de contenção dos fluidos de amostra. Nesta forma de realização, os elementos sensores podem ser dispostos no topo do fluido de amostra (isto é, na superfície de fundo da camada de tampa 2) ao invés de no fundo (isto é, dentro do reservatório 8), tal como no caso das formas de realização aqui descritas.

Em ainda uma outra forma de realização da plataforma de grupos de teste, uma placa moldada destinada a conter uma forma de realização do anel de vedação em O no topo, substitui o filme da tampa superior 2. A combinação entre anel de vedação O / placa de tampa retém todas as características de respiro e a superfície de fundo hidrofílica do filme. Esta forma de realização permite a redução dos componentes a serem montados a dois, de modo a aumentar a eficiência da manufatura.

Em uma outra forma de realização do sistema de análise total, o dispositivo de fornecimento fluídico 10 é destacável do cartão de grupos de testes 9. Nesta forma de realização, o cartão de grupos de testes 9 é secado com uma extensão de forma que nenhuma gotícula do fluido de amostra permaneça na superfície dos elementos sensores 3. Portanto, o teste consiste de uma etapa adicional de absorção, na qual após o reservatório ser enchido e permanecer assim por um tempo determinado de modo a que o elemento sensor reaja, o dispositivo de fornecimento fluídico é separado do cartão de grupos de teste também resultando na separação da amostra fluida dos reservatórios ao longo da interface da película. As gotículas de água restantes na superfície dos elementos sensores são preferencialmente absorvidas através de uma folha de absorção antes que o cartão de grupos de teste seja introduzido dentro do dispositivo de detecção para a medição das respostas dos elementos sensores. Uma característica desta forma de realização é a de que o material absorvente deverá apresentar uma faixa controlada de características superficiais, isto é, características de pavio incluindo uma taxa de absorção e uma capacidade líquida de modo a remover efetivamente o fluido de amostra das superfícies dos elementos sensores sem criar uma deformação indesejável na superfície dos elementos sensores como resultado de uma remoção rápida do fluido. O sistema do fornecimento fluídico baseado em células de imersão aqui descrito também pode ser referido como uma forma de realização do sistema de fornecimento fluídico destacável. Filme/Placa de Cobertura Hidrofóbica Revestida por um HidrofUico

Os plásticos mais comuns tais como o poli(tereftalato de etileno), o policarbonato, o poliestireno, o poli(metacrilato de metila), o polietileno, o polipropileno, o nylon, o ABS e similares apresentam ângulos de contato com a água dentro da faixa de cerca de 60° a cerca de 110°. Nesta forma de realização de exemplo, a presente invenção compreende uma combinação entre superfícies hidrofílicas em contato com canais fluídicos e reservatórios de amostra conectando os dois em um plano único e contínuo formando o teto da estrutura canal-reservatório. As duas paredes laterais dos canais, o piso ou base do canal e as quatro paredes laterais do reservatório são, em geral, superfícies feitas a partir de um plástico típico com ângulos de contato entre 65-90°. A combinação entre o ângulo de contato destas paredes não fornece a força capilar desejada para conduzir o fluxo de fluido desde a área de introdução do fluido através dos canais e para dentro dos reservatórios. A importância da superfície hidrofílica da parte superior do filme/placa está em que este incrementa a construção do canal e do reservatório e auxilia a forçar a amostra fluida para dentro dos canais desde a área de espera, impulsionando o fluxo através do canal na direção dos reservatórios, e em seguida auxiliando na transição do canal para dentro do reservatório pelo teto. O fluido é rapidamente forçado a acumular ao longo ao teto e forçado para baixo dentro do reservatório com o auxilio da força de gravidade e das forças capilares nas arestas das paredes do reservatório. A característica hidrofílica desta superfície da cobertura filme/placa é qualificada pela exigência de um ângulo de contato preferencialmente menor que cerca de 30 graus, e mais preferivelmente menor que cerca de 20 graus. Tipicamente, os materiais plásticos de engenharia não apresentam ângulos de contato de 30 graus ou menores. Portanto, de modo a superar esta característica, a superfície de fundo da cobertura hidrofílica filme/placa preferencialmente é modificada para uma superfície hidrofílica por meio de uma modificação física da superfície, de um tratamento químico superficial, de um revestimento superficial, ou de métodos para o aumento da polaridade superficial.

O filme de tampa superior 2 hidrofílico mostrado na figura 1, de preferência, é obtido da Adhesives Research Inc como o ARFIow® 90128. O filme vantajosamente fornece uma montagem fácil da placa de canal fluídico 4 através de incorporação de um ingrediente adesivo na mistura do revestimento hidrofílico aplicado de um lado do filme de fundo. O filme de fundo pode ser de uma diversidade de filmes formados por extrusão, filmes de sopro ou moldagem de filme. Contudo, é vantajoso ter- se um filme com um grande ângulo de contato, tal como o polipropileno, o qual apresenta uma faixa de ângulos de contato de cerca de 90-110 graus. Falando de forma geral, quanto maior o ângulo de contato, melhor a capacidade do dispositivo de fornecimento fluídico em evitar que a água dentro do reservatório escape pelos orifícios de respiro devido às variações de produção nas dimensões dos orifícios de respiro, ou a variações espaciais nas propriedades superficiais do filme polimérico, ou a incidentes de inclinação do sistema de grupos de teste durante uma medição, evitando que fluido escape preencha excessivamente o reservatório.

Fazendo novamente referência a forma de realização mostrada na figura 1, o revestimento do filme de cobertura é uma mistura de ingredientes tanto hidrofílicos quanto adesivos ativos, do tipo disponível como o ARFIow® 90128. Nesta forma de realização, não é necessário nenhum material de união para montar o filme/placa de cobertura com a placa de canal fluídico. Apesar de ser conveniente utilizar um filme de cobertura revestido hidrofílico/adesivo, o qual combina as propriedades hidrofílicas e adesivas nos componentes, para a produção de um dispositivo fluídico, em algumas formas de realização pode ser desejável produzir uma superfície hidrofílica através do uso de etapas adicionais, particularmente na forma de realização da placa de cobertura supra descrita, a qual substitui o filme de cobertura com uma placa em forma de anel de vedação em O. A este respeito, deve ser entendido que tem sido amplamente empregado na literatura o polivinil pirrolidona para tornar hidrofílicas as superfícies, as membranas e os filtros poliméricos.

Tai como nos exemplos precedentes, os exemplos que seguem estão incluídos para demonstrar a ampla aplicabilidade da presente invenção. Deve ser percebido pelas pessoas que possuem proficiência na arte que as técnicas descritas nos exemplos a seguir representam técnicas descobertas pelos inventores, e desta forma podem ser consideradas como modos de exemplo para a sua realização na prática. Contudo, os peritos na arte deve perceber, à luz da presente descrição, que podem ser feitas diversas mudanças nas formas específicas de realização, as quais são descritas e ainda assim obtém um resultado parecido ou semelhante, sem com isto fugir do escopo da invenção. Exemplo 10:

Um filme de polietileno revestido de um lado com um filme destacável de silicone foi imerso em uma solução a 1% de polivinil pirrolidona (PVP) durante a noite a 40 °C. O calor promoveu a união do PVP ao filme polimérico e tornou a superfície hidrofílica. Este filme revestido foi usado no lugar do filme de tampa superior 2 na figura 1. A placa de canal fluídico 4 foi aspergida com um adesivo em spray da 3M e o filme revestido de PVP foi laminado na placa e, usando os outros elementos da figura 1, foi produzido um sistema de grupos de teste incorporando a cobertura ou placa fluídica. O perfil de preenchimento das 44 células do sistema de grupos de teste usando o filme polimérico revestido de PVP para um fluxo hidrofílico é mostrado na figura 33, usando um corante azul ácido 80 medido usando um número idêntico de pares LED-PD em um comprimento de onda de 630 nm.

Os perfis mostrados na figura 33 consistem das medições de absorção coletadas em intervalos de tempo de 6 segundos a partir de um momento antes da amostra ter sido injetada (sem amostra nas células) até o ponto no qual as células estavam completamente cheias (mostrando uma absorção de cerca de 0,2). Os perfis que realmente mostraram um aumento na absorção ou não estavam ligados pelos canais ou se encontravam em uma área do filme revestido de PVP a qual não foi efetivamente revestida pela solução de PVP.

Uma vez que o filme/placa de cobertura estava diretamente na trajetória óptica do sistema sensor para diversas formas de realização aqui descritas, o plástico foi escolhido por ser um material em filme/placa transparente apropriado. Contudo, e em uma das formas alternativas de realização do dispositivo fluídico que é destacável, também pode ser levado em consideração um polímero que forma um filme/placa translúcido ou opaco.

Exemplo 11:

Tal como o quanto ilustrado pelas figuras 31a-d, é mostrada a geração de imagens da dinâmica de absorção da cinética de operação do coletor de amostras montado em diversos estágios de enchimento do coletor de amostras montado com uma amostra de água. Neste, a geração das imagens da dinâmica de absorção foi realizada de modo a avaliar a cinética operacional do coletor de amostras montado. Nestas medições, a imagem na figura 31a do coletor de amostras seco foi feita como uma referência, e as imagens mostradas nas figuras 31b-d forma feitas em estágios diferentes do preenchimento do coletor de amostras, respectivamente. Nesta avaliação, foi avaliada, de forma simultânea, a performance dos elementos sensores individuais.

Exemplo 12:

Tal como o quanto ilustrado nas figuras 32a-c, a geração das imagens da dinâmica de absorção foi realizada de modo a avaliar a cinética operacional do coletor de amostras montado com elementos sensores os quais fornecem uma lixiviação controlada dos reagentes dentro do volume controlado da amostra. Neste, a geração das imagens da dinâmica de absorção da cinética operacional do coletor de amostras montado é mostrada em estágios diferentes de preenchimento do coletor de amostras montado com uma amostra de água. Os quadrantes superior a esquerda e inferior a esquerda de cada uma das figuras 32a, 32b e 32c não apresentam elementos sensores, e portanto mostram uma cinética de preenchimento pela água muito uniforme. Os quadrantes superior a direita e inferior a direita de cada uma das figuras 32a, 32b e 32c também contêm elementos sensores replicados e mostram uma cinética de preenchimento pela água muito uniforme e uma cinética de liberação dos reagentes muito uniforme. Devido ao volume controlado da amostra, os reagentes químicos no filme, os quais são responsáveis pela geração do sinal óptico mediante a interação com da água com o elemento sensor, permanecem no volume da amostra, fornecendo uma medição precisa do sinal. Nestas medições, foi feita uma imagem de um coletor de amostras seco como referência, tal como o quanto mostrado na figura 32a. Nesta avaliação, a performance dos elementos sensores individuais foi avaliada de forma simultânea.

Fornecimento por Mergulho na Amostra

As figuras 34a e 34b ilustram mais uma outra forma de realização da presente invenção. Tal como o quanto ilustrado nas figuras 34a e 34b, uma máscara feita de um material hidrofóbico apropriado (p. ex., silicone, neopreno e similares) com orifícios que agem como reservatórios para a amostra, é posicionado no topo de um substrato 350 contendo os filmes sensores. Os reservatórios 352 na máscara 354 podem ser produzidos através de métodos, incluindo a moldagem, perfuração, corte e similares. O diâmetro dos reservatórios (os quais são numerados de 1 a 12) combinado com a espessura da mascara define a capacidade para o volume da amostra pelo reservatório 352. A máscara 354 pode ser fixada no substrato através por meio de diversos métodos incluindo, mas não limitados a, adesivos ou conformação em contato.

Como é melhor ilustrado pelas figuras 36a-c, quando o dispositivo 360 é inserido dentro da amostra líquida 370, a amostra entra no reservatório da máscara 354. Com a remoção do recipiente da amostra, a tensão superficial gerada pelas paredes do reservatório resulta em um isolamento de volumes discretos 372 da amostra dentro dos reservatórios da máscara. Os fatores que podem influir na uniformidade do fornecimento da amostra incluem o diâmetro do reservatório, a profundidade do reservatório, a energia superficial da mascara e a taxa de remoção da mascara. Exemplo 13:

A figura 37 ilustra a performance do dispositivo de fornecimento de amostra configurado de acordo com as figuras 34a-b. Neste exemplo 13, o substrato 350 foi feito de policarbonato, enquanto que a máscara 354 do reservatório foi produzida a partir de uma folha de polidimetilsiloxano (PDMS) com 1,5 mm de espessura. Os reservatórios 352 foram perfurados na máscara de PDMS de modo a serem produzidos furos com 5 mm de diâmetro. O substrato 350 com a máscara 354 fixada, foi imerso verticalmente dentro de um recipiente contendo água desionizada e então rapidamente retirado (~ 2,5 cm/s). A água isolada nos reservatórios individuais foi quantificada com uma balança analítica. Na configuração descrita, a massa da amostra fornecida era de 29,4 +/- 1,7 pg, resultando em uma taxa de reprodução para cada reservatório de 5,7 %. Em outras formas de realização de exemplo, deve ser entendido que a máscara 354 do reservatório pode ser modificada de modo a incorporar tanto a funcionalidade hidrofílica quanto a hidrofóbica. Na forma de realização do exemplo 13, uma das causas potenciais de degradação da taxa de reprodução da massa da amostra foi identificada como a adição de gotículas isoladas da amostra, inicialmente localizadas na máscara hidrofóbica, entre os reservatórios, para a massa da amostra localizada no reservatório. De modo a minimizar este fenômeno, as porções da máscara do reservatório podem ser modificadas de modo a conferir a estas características hidrofílicas. Tal como o quanto ilustrado nas figuras 35a e 35b, esta modificação pode ser gerada pela adição de um filme fino hidrofílico 380 na máscara do reservatório ou pela modificação da superfície da própria máscara do reservatório através de revestimentos ou de tratamentos (UV ou plasma). O isolamento do volume da amostra ocorre através da manutenção de uma região hidrofóbica imediatamente ao redor dos reservatórios individuais. As gotículas inicialmente localizadas entre os reservatórios individuais sofrem uma aglutinação nas regiões hidrofílicas da máscara e são removidas pela gravidade.

Exemplo 14:

A figura 38 ilustra a performance do dispositivo de fornecimento de amostras configurado de acordo com as figuras 35a-b. Neste exemplo 14, o substrato 350 era feito de policarbonato, enquanto que a máscara 354 do reservatório foi produzida a partir de uma folha de polidimetilsiloxano (PDMS) com 1,5 mm de espessura. Os reservatórios 352 foram perfurados na máscara de PDMS de modo a serem produzidos furos com 5 mm de diâmetro. Os reservatórios foram temporariamente recobertos com pedaços de fita com 9 mm de diâmetro de modo a permitir a modificação da superfície. O PDMS foi modificado através de plasma em ar de modo a produzir uma superfície hidrofóbica nas áreas expostas. A fita foi então removida de modo a produzir uma superfície multifuncional. O substrato com a máscara fixada foi mergulhado verticalmente dentro de um recipiente contendo água desionizada e então rapidamente retirado (~ 2,5 cm/s). A água isolada nos reservatórios individuais foi quantificada com uma balança analítica. Na configuração descrita, a massa da amostra fornecida era de 27,0 +/- 1,2 pg, resultando em uma taxa de reprodução para cada reservatório de 4,6 %.

Também são descritos os materiais e os métodos para a fabricação rápida dos dispositivos microfluídicos. Os dispositivos microfluídicos incluem um ou mais canais micro fluídicos, os quais são configurados para as aplicações tais como a separação química, as extrações químicas (tais como os métodos baseados em afinidade e em anticorpos), bombeamento eletro-osmótico e eletroforese. Os canais micro fluídicos podem ser ligados uns com os outros, de modo a formar uma rede de canais interligados. Além disto, para a química baseada em solução, as redes de canais podem ser conectadas a uma série de reservatórios contendo reagentes químicos, produtos e/ou dejetos de modo a formar um dispositivo micro fluídico, tal como um laboratório em pastilha. Tal como aqui empregado, o termo "laboratório em pastilha" [lab- on-chip] se refere a um dispositivo o qual é configurado de modo a realizar uma combinação de analises em um único dispositivo miniaturizado para aplicações tais como biológicas, farmacêuticas, etc. Em um dispositivo micro fluídico de tipo laboratório em pastilha, durante a operação os diferentes reagentes podem ser levados juntos em uma seqüência específica, misturados e deixados a reagir por um determinado período de tempo em uma região controlada da rede de canais, através do emprego de processos, tais como, eletro-cinética ou bombeamento hidrodinâmico. Por exemplo, a eletro cinética pode incluir a eletro-osmose ou a eletroforese.

A figura 39 ilustra uma vista em secção transversal de uma disposição em pilha 110 de três camadas 112, 114 e 116, as quais formam o dispositivo microfluídico tal como o ilustrado na figura 39B. Esta disposição em pilha 110 inclui um primeiro substrato 112, o qual apresenta cavidades ou padrões de canais microfluídicos 118 definindo uma ou mais da pluralidade de canais microfluídicos. Dependendo do material usado, os padrões de canais microfluídicos 118 podem ser formados no substrato 112 através do emprego de técnicas de formação de padrões, tais como a gravação em relevo, a moldagem por injeção, a fotolitografia, o ataque químico, a micro formação a laser, ou combinações entre estas. Na forma de realização de exsdemplo, quando o substrato 112 é feito de vidro, pode ser empregada a fotolitografia para formar os padrões de canais microfluídicos 118. De forma alternativa, o substrato 112 pode incluir um material a base de um polímero, semicondutores, cerâmicas, vidros, silicone, sílica fundida, quartzo, silício ou as combinações entre estes. Exemplos não Iimitativos de materiais baseados em polímeros podem incluir SU-8, copolímeros cíclicos de olefinas (COC), poli(metacrilato de metila), poliestireno, polietileno tereftalato (PET), policarbonato, poli(cloreto de vinila), polidimetilsiloxano, ou as combinações entre estes.

A disposição em pilha 110 ainda inclui um material poroso 114 e um segundo substrato 116. O segundo substrato 116 pode incluir ou não padrões de canais microfluídicos dependendo do formato desejado para os canais microfluídicos no dispositivo. O material poroso é configurado de modo a permitir um fluxo de uma solução da amostra através deste. Em uma forma de realização, o material poroso 114 pode ser produzido a partir de métodos tais como, mas não limitados a, formação de espuma, eletrogiro, auto-montagem, queima, sol-gel, formação de gel reativo, sinterização de vapor reativo, fusão, extrusão, ou por combinações entre estes. O material poroso produzido através de tais métodos pode ser inorgânico, orgânico, polimérico, híbrido ou por combinações entre estes. Outros exemplos de materiais porosos podem incluir folhas compostas de fibra de vidro poroso, folhas de polímero poroso, fibras poliméricas, membranas porosas, folhas de espuma de silicone, ou de combinações entre estes. Além disto, o material poroso 114 pode ser formado tanto por uma camada simples quanto pode incluir duas ou mais camadas do material poroso. Nesta forma de realização, as duas ou mais camadas podem incluir materiais porosos diferentes.

Fazendo ora referência a figura 39B, o dispositivo microfluídico 120 é fabricado através de uso de uma disposição em pilha 110 ( veja a figura 39A), apresentando as camadas 112, 114 e 116. A disposição em pilha 110 é comprimida através da aplicação de uma pressão com temperaturas predeterminadas. A etapa de fabricação inclui comprimir a disposição em pilha 110 a uma temperatura dentro da faixa de cerca de 70 0C a cerca de 160 °C, ao mesmo tempo em que as pressões são mantidas dentro de uma faixa de cerca de 50 psi a cerca de 1000 psi. Em uma forma de realização, o material poroso 114 e um ou ambas entre o primeiro e o segundo substratos 112 e 116 podem ser unidos de forma permanente. Através da compressão, uma parte do material poroso 114 disposto entre os primeiro e segundo substratos 112 e 116 e ultrapassando o padrão de canais microfluídicos 118, preenche a área 122 dos padrões de canais microfluídicos 118 de modo a formar os canais microfluídicos 124.

Tal como ilustrado na figura 39B, o material poroso na área 122 dos padrões de canais microfluídicos 118 experimenta pouca ou nenhuma força de compressão. O material poroso 114 na área 122 é configurado de modo a permitir um fluxo de um fluido ou de uma solução de amostra através deste. Desta forma, o material poroso 114 na área 126 disposto entre e em contato com os primeiro e segundo substratos 112, 116 é comprimido pela pressão aplicada e se torna relativamente mais denso que o material poroso na área 122. O material poroso 114 na área 126 pode não permitir que a solução de amostra flua através deste, assim definindo os canais microfluídicos 124 e evitando que os fluidos vazem para fora dos canais microfluídicos 124. Em uma forma de realização, a porosidade do material poroso 114 nas regiões não comprimidas, isto é, na área 122, pode estar dentro da faixa de cerca de 30 por cento a 90 por cento. Contudo, a porosidade do material poroso na área 126 pode ficar dentro da faixa de cerca de 70 por cento a cerca de 100 por cento.

Além disto, o material poroso pode apresentar uma porosidade não uniforme. Por exemplo, o material poroso 114 pode incluir uma porosidade não uniforme ao longo do comprimento do canal microfluídico. Em uma forma de realização, o material poroso 114 pode apresentar um gradiente de porosidade com um gradiente ao longo de uma direção do fluxo do líquido. Como será descrito em maiores detalhes abaixo, esta densidade não uniforme pode facilitar a função dos canais microfluídicos em aplicações tais como na extração ou na separação. Em adição, uma ou mais folhas compostas podem estar posicionadas em qualquer dos lados do material poroso. Estas folhas, por meio da compressão, tornam a superfície do material poroso relativamente não poroso, assim evitando que os fluidos escapem dos canais microfluídicos.

Em uma forma de realização, a folha de material poroso empregada para preencher os padrões de canais microfluídicos 118 é submetido a uma etapa de modificação física da folha. Esta etapa aumenta a densidade do material de uma das superfícies do material por uma espessura predeterminada do material. Em uma outra forma de realização, o material poroso 114 é submetido a uma etapa de modificação química da folha. Esta etapa modifica as propriedades químicas de uma das superfícies do material por uma espessura predeterminada do material. Estas etapas de modificação realizam modificações nas propriedades de transporte das espécies na solução da amostra, a qual flui através dos canais microfluídicos.

Em uma forma de realização, o material poroso 114 pode ser tornado funcional de modo a realizar diversas funções, tal como será descrito abaixo. Em uma forma de realização, o material poroso poderá ser tornado funcional através de uma fase orgânica estacionária apropriada para fornecer um melhor particionamento para as aplicações que envolvem a cromatografia. Por exemplo, e em uma forma de realização, o material poroso 114 pode incluir fibras de vidro em uma matriz de um Iigante polimérico. Nesta forma de realização, a combinação das fibras de vidro e do Iigante polimérico fornece uma superfície de vidro disponível dentro de um canal fluídico, o que permite conferir uma funcionalidade para o canal fluídico por meio dos métodos de modificação da superfície de vidro.

Em adição, o material poroso 114 pode ser tornado funcional através do emprego de um ou mais eletrólitos, de uma solução iônica, de uma solução de anticorpos, de um reagente químico, de um material de emissão de reagente, ou de uma combinação entre estes. O material poroso 114 pode ser tornado funcional tanto antes da formação do dispositivo microfluídico 120, quanto após a formação do dispositivo microfluídico 120. Por exemplo, quando se emprega um eletrólito, a aplicação de uma tensão através dos canais microfluídicos 124 pode resultar na formação de um fluxo eletro-osmótico do fluido da amostra com base no potencial zeta do material poroso, tal como nas fibras de vidro. Este fluxo eletro-osmótico pode ser usado para direcionar as soluções através e adjacente à rede de canais microfluídicos 124.

Os canais microfluídicos 124 podem ser tornados funcionais por meio do uso de reagentes químicos. Em uma forma de realização, os reagentes químicos podem estar dispersos no material poroso antes ou após a fabricação do dispositivo microfluídico. Os reagentes podem incluir um ou mais materiais os quais podem ser desejáveis para uma aplicação em particular. Além disto, estes reagentes podem ser dispostos em posições selecionadas nos canais microfluídicos 124. Por exemplo, em uma aplicação de detecção, os reagentes podem incluir espécies químicas posicionadas em locais particulares do canal microfluídico 124, sendo que as espécies químicas são configuradas para detectar um tampão de pH nos canais microfluídicos 124 para detectar as reações que ocorrem em locais a jusante dos canais microfluídicos 124. Enquanto a amostra fluida flui através dos canais, o reagente imobilizado no material poroso é dissolvido no fluido.

Em uma forma de realização, o material poroso pode ser impregnado com ao menos um agente o qual é liberado durante a operação do dispositivo microfluídico. O agente liberado pode apresentar uma funcionalidade no sentido de modificar quimicamente, fisicamente ou biologicamente o fluxo do fluido que passa através do canal microfluídico. Por exemplo, um material que emite um reagente químico pode incluir um reagente químico encerrado de um encapsulamento. O material que emite um reagente químico pode ser configurado de modo a liberar o reagente químico quando da interação com uma solução em análise a qual é posta a fluir dentro do canal microfluídico.

Nas aplicações, tais como de detecção ou percepção, as propriedades químicas, físicas ou biológicas dos fluidos podem ser alteradas através da interação do fluido com o material poroso tornado funcional que apresenta os reagentes químicos. Em uma forma de realização, a temperaíura ou o pri ao fiuiao ae amostra pode ser alterado por meio de uma reação química com um reagente incorporado no material poroso 114. Em uma outra forma de realização, uma modificação biológica ou química na amostra fluida pode ser conseguida por meio da mudança do estado biológico ou químico do líquido. Um exemplo deste é o desdobramento ou não de uma proteína ou de um ácido nucléico devido a uma reação química comum reagente incorporado dentro do material poroso 114. Para as modificações químicas de fluido no canal microfluídico, podem ser empregados diversos reagentes. Exemplos não Iimitativos de reagentes empregados para as modificações químicas dos fluidos podem incluir reagentes colorimétricos e fluorescentes. Com base na química entre o fluido e os reagentes, estes reagentes podem sofrer uma mudança nas propriedades ópticas através da interação com um fluido em particular. A mudança nas propriedades ópticas pode então ser detectada através de uma das superfícies dos canais microfluídicos 124.

Deve ser percebido que os fluidos que seguem por um canal microfluídico apresentam um comportamento de fluxo laminar devido a uma condição de baixo número de Reynolds. Esta característica pode ser utilizada para aplicações tais como separação de partículas e detecção. A separação de partículas pode estar baseada na diferença entre os coeficientes de difusão das partículas. Por exemplo, e em uma forma de realização, dois fluidos separados podem ser bombeados através das entradas em uma extremidade do canal microfluídico, tal como dos canais 124, e estes fluidos podem se encontrar dentro dos canais microfluídicos 124. Devido a propriedade de fluxo laminar, os dois fluidos podem se deslocar lado a lado e em geral podem não se misturar exceto pela interdifusão. Deve ser percebido que uma vez que as partículas menores se difundem mais rapidamente em comparação com as partículas maiores, as partículas menores pode se difundir nos fluxos paralelos. Como conseqüência, quando os fluidos são separados na saída dos canais microfluídicos 124, a maioria das partículas menores poderão ter se difundido no outro fluido. Uma tal técnica de separação pode ser empregada para separar as células sangüíneas do plasma. Para os tentes imunológicos, uma tal técnica pode ser usada para separar as grandes moléculas interferentes das amostras, assim permitindo uma analise relativamente mais precisa dos materiais em análise. Além disto, é também útil permitir a mistura dos fluidos que contêm os antígenos com aqueles que contêm uma grande quantidade de partículas com anticorpos imobilizados, para deixar os anticorpos imobilizados reagirem com os antígenos, e para separar depois os leitos dos antígenos através de uma lavagem microfluídica seqüencial, ou através de etapas de extração.

Em uma outra forma de realização, os canais microfluídicos 124 preenchidos com o material poroso 114 podem ser tornados funcionais com moléculas as quais apresentam uma afinidade (iônica, de ácido nucléico ou baseada em anticorpos) na direção de uma molécula alvo específica. Desie modo, conforme um fiuido que apresenta uma mistura de moléculas, incluindo a molécula alvo, passa através destes canais 124, o alvo é removido de forma seletiva do fluxo do líquido, e é concentrado no material poroso tornado funcional 114, tal como de fibra de vidro. Tais canais podem ser usados como um filtro para remover as moléculas indesejadas ou interferentes. Em sentido contrário, estes canais podem ser usados como um pré concentrador para a molécula alvo desejada.

Em uma forma de realização, o material poroso 114 dentro dos canais microfluídicos 124 aumenta o transporte do fluido desde um local até outro do dispositivo microfluídico 120 pela ação capilar. Em algumas formas de realização, esta característica pode permitir a transferência dos fluidos entre locais diferentes dentro dos canais microfluídicos 124, sendo que os locais diferentes apresentam dimensões e formatos variados de modo a criar uma diferença na ação capilar entre os locais. Em adição, a diferença de pressão capilar entre estes locais pode ser controlada pela porosidade e/ou pela capacidade hidrofílica do material poroso. Por exemplo, o material poroso pode ser modificado para ser convertido de um material hidrofóbico para um material ultra hidrofílico, com ângulo de contato com a água menor que 10 graus, assim alterando a ação capilar do canal microfluídico.

Nas formas de realização ilustradas nas figuras 40A e 40B, é ilustrada uma forma alternativa de realização do dispositivo microfluídico. O dispositivo 136 inclui um substrato 130. O substrato 130 inclui cavidades ou padrões de canais microfluídicos 132, os quais definem os canais microfluídicos 138 do dispositivo microfluídico 136. Tal como ilustrado na disposição em pilha 128 da figura 40A, o dispositivo 136 ainda inclui um material poroso 134. O material poroso 134 é posicionado sobre o substrato 130. Em uma forma de realização, o material poroso pode ser submetido a uma etapa de modificação superficial química ou física, seguida da fabricação do dispositivo microfluídico.

O dispositivo 136 é formado por compressão do material poroso 134 contra o substrato 130. Através da compressão, uma parte do material poroso 134 preenche os padrões de canal microfluídico nas áreas 140 de modo a formar os canais microfluídicos 138. O material poroso 134, nas áreas 140, pode sofrer uma pequena ou nenhuma compressão, assim permitindo a passagem do fluxo de fluido através dos canais microfluídicos 138 durante a operação do dispositivo microfluídico 136. Nas áreas 142, o material poroso 134 é comprimido de modo a formar uma camada mais densa, efetivamente eliminando o ar dos poros nesta área.

A etapa do processo de fabricação inclui comprimir a disposição em pilha 128 a uma temperatura que varia dentro de uma faixa de cerca de 70 °C a cerca de 160 °C, ao mesmo tempo em que a pressão é mantida dentro de uma faixa de cerca de 50 psi a cerca de 1000 psi. Mediante a aplicação de um a etapa de processamento, a camada porosa é achatada de modo a formar uma camada com uma densidade variável e preencher os canais microfluídicos. Devido às etapas de modificação química e/ou física da superfície, as quais fazem com que a superfície exposta 144 do material poroso 134 fique não porosa, o dispositivo microfluídico 136 necessita somente de duas camadas, o substrato 130 e o material poroso 134, e não precisa de um segundo substrato, tal como o substrato 116 (vejas as figuras 39A e 39B). Além disto, outras modificações, tais como os tratamentos químicos, que tornam o material poroso funcional também podem ser aplicados no dispositivo microfluídico 136.

Nas formas de realização ilustradas nas figuras 41A , 41B, 41C, 41D e 41E, é ilustrada uma forma alternativa de realização do dispositivo microfluídico 135. A figura 41A ilustra uma vista em secção transversal explodida de uma disposição em pilha 121 de três camadas 123, 125 e 127 do dispositivo microfluídico 135 da figura 41C. A figura 41B ilustra uma outra vista em secção transversal da disposição em pilha 121 da figura 41 A, feita ao longo da linha 41B-41B. Tal como ilustrado, os primeiro e segundo substratos 123 e 127 incluem padrões de canal microfluídico na forma das estruturas em degraus 131 e 133, respectivamente. Os dois substratos 123 e 127 podem apresentar estruturas em degraus similares, complementares ou diferentes, ilustradas em geral por 131 e 133. Além disto, a disposição em pilha 121 inclui um material poroso 125 posicionado entre os substratos 123 e 127.

A compressão da disposição em pilha 121 forma o dispositivo 135. A figura 41C ilustra uma vista frontal do dispositivo 135 e as figuras 41D e 41E ilustram vistas em secção transversal do dispositivo 135 feita ao longo das linhas 41D e 41E1 respectivamente, da figura 41C. Enquanto o dispositivo 135 é formado, os substratos 123 e 127 podem ser posicionados, um em relação ao outro, de modo que as estruturas em degraus 131 e 133 juntas possam formar um canal microfluídico 137. Por exemplo, na região 139 que apresenta o canal microfluídico 137, as estruturas em degraus 131 e 133, tal como mostradas, estão dispostas de modo deslocado uma em relação a outra, de forma que a região 139 que apresenta o canal microfluídico 137 experimenta uma pequena ou nenhuma compressão e, portanto, apresenta um material poroso 125 com uma densidade relativamente menor quando comparada com a das regiões 141, sendo que o material poroso 125 fica mais denso devido as forças de compressão. O material poroso 125 nestas regiões 139 relativamente menos densas pode sofrer um pequeno ou nenhum adensamento. O canal microfluídico 137, formado nesta forma de realização, pode se estender através de planos horizontais diferentes devido às estruturas em degraus 131 e 133 dos substratos 123 e 127. Na forma de realização ilustrada, o canal microfluídico 137 na região 139 pode seguir os degraus 131 e 133 dos primeiro e segundo substratos 123 e 127 de modo a formar um canal microfluídico tridimensional contínuo que se estende através de planos horizontais diferentes dos primeiro e segundo substratos 123 e 127, junto com os degraus 131 e 133. O material poroso 125 na região 141 pode seguir as estruturas em degraus 131 e 133 junto ao canal microfluídico 137 de modo a definir uma região do canal microfluídico 137 e para reter uma amostra fluídica dentro do canal microfluídico 137 devida a redução da porosidade do material poroso 125 na região 141. Também deve ser percebido que as estruturas em degraus 131 e 133 podem ser dispostas, uma em relação a outra, de forma não deslocada, assim fazendo com que a região 139 apresenta um material mais denso.

A figura 42 representa uma forma de realização alternativa do canal microfluídico 137 das figuras 41C e 41 D. Na forma de realização ilustrada, o dispositivo microfluídico 143 inclui canais microfluídicos individuais 145 os quais são formados em planos horizontais diferentes definidos pelos degraus 131 e 133 dos primeiro e segundo substratos 123 e 127. Os canais microfluídicos 145 dos planos horizontais diferentes podem não estar em comunicação um com o outro. Em outras palavras, os canais microfluídicos 145 podem não ser contínuos desde um plano horizontal até o outro. Os canais microfluídicos 145 são formados pelo alinhamento dos substratos 123 e 127, um com relação ao outro, de tal forma que o material poroso 125 nas regiões 147 está sob pouca ou nenhuma força de compressão quando a disposição em pilha, a qual apresenta os substratos 123 e 127 e o material poroso 125, é comprimida de modo a formar o dispositivo 143. Deste modo, o material poroso 125 nas regiões 147 pode não ser submetido a um aumento de densidade. Desta forma, as regiões 139 do material poroso 125 que ficam dispostas fora dos canais microfluídicos 145 podem sofrer um adensamento devido às forças de compressão.

A figura 43 ilustra um canal microfluídico 146 apresentando um material poroso 152 disposto neste e apresentando poros 154. O canal microfluídico 146 é disposto entre um primeiro substrato 148 e um segundo substrato 150. Tanto o primeiro quanto o segundo substratos, 148 e 150, incluem padrões de canal microfluídicos na região 156 de modo a definir o canal microfluídico 146. Durante a fabricação, a parte do material poroso 152 disposta dentro da área 156 experimenta uma menor força de compressão e portanto apresenta uma maior porosidade quando comparada com a porção do material poroso na área 158. Deste modo, os poros 154 na porção do material poroso 152 disposta na área 156 são maiores que os poros na outras áreas, tais como 158, assim permitindo o fluxo do fluido através do canal microfluídico 146.

A figura 44 ilustra um sistema 160 que emprega um dispositivo microfluídico 162. Em uma forma de realização de exemplo, o sistema 160 pode ser usado na industria farmacêutica, a qual se baseia na síntese e na triagem de entidades químicas. C sistema 160 apresenta ciclos de otimização com tempos reduzidos, e apresenta um custo interessante devido a quantidade de reagentes químicos necessários ser muito menor. Além disto, o sistema 160 apresenta a capacidade de uma gama de controles em relação à química, condições ambientais, diretamente através de atuadores residentes no dispositivo.

Normalmente, e na tecnologia convencional em batelada, a validação e a otimização das reações tende a ser uma etapa que limita a velocidade. Contudo, nos sistemas 160 a auto otimização pode ser realizada em relação a verificações biológicas ou verificações químicas. Em adição, as quantidades de material gerado pelo sistema 160 podem ser incrementadas por meio da previsão de conjuntos paralelos de canais microfluídicos.

O dispositivo microfluídico 162 inclui os canais microfluídicos 164, 166, 168, 170 e 172. Os canais microfluídicos 164, 166, 168, 170 e 172 pode incluir algum material poroso ou materiais porosos diferentes (não ilustrado). Os reagentes, nominalmente reagente A, representado pelo bloco 174, e reagente B, representado pelo bloco 176, são alimentados no canal microfluídico 164 do dispositivo microfluídico 162 através da entrada 178. Uma vez dentro do canal microfluídico 164, os reagentes AeB 174 e 176 são deixados a reagir, tal como indicado pelo numerai de referência 180, durante o estágio de reação 177 de modo a formar os produtos 182, 184 e 186 no estágio de formação do produto 185. Em adição, e apresar de não ilustrado, também podem ser formados subprodutos durante o estágio de formação do produto 185. Em seguida, os produtos 182, 184 e 186 podem ser separados no estágio de separação de produto 187, através de técnicas de separação do produto, tais como a cromatografia ou a eletroforese. Em um exemplo, podem ser empregadas a cromatografia a líquido, a cromatografia de exclusão de tamanho ou a cromatografia iônica de modo a separar os produtos 182, 184 e 186. Em um outros exemplo, pode ser empregada a eletroforese capilar ou a eletroforese em gel para separar os produtos 182, 184 e 186.

Em seguida, a separação dos produtos 182, 184 e 186 pode ser suspensa em um meio compatível 188 introduzido no dispositivo 162 através do canal microfluídico 166. O meio compatível 188 permite a separação e a distribuição dos três produtos em três posições predeterminadas. Por exemplo, o meio compatível 188 permite que os produtos 182, 184 e 186 entrem no canal microfluídico 172 de modo a serem coletados modo um material examinado no bloco ilustrado pelo numerai de referência 190, e o resto dos subprodutos não desejados são coletados fora do dispositivo microfluídico 162 através do canal microfluídico 170, tal como ilustrado no bloco 192. Apesar de não estar ilustrado, o sistema 160 também pode incluir um detector, um circuito de retorno, ou ambos. O detector ou o circuito de retorno pode estar em associação operacional com o dispositivo microfluídico. Em uma forma de realização, o circuito de retorno pode ser configurado de modo a ajustar a quantidade de reagentes que entra no dispositivo microfluídico 162.

Outras aplicações para o dispositivo microfluídico da presente invenção podem incluir a condução de analises bio-analíticas, tais como a reação da cadeia de polimerase (PCR) em volumes muito reduzidos de modo a aumentar a velocidade destes ensaios e reduzir a quantidade de material e a necessidade de reagentes. Por exemplo, os dispositivos microfluídicos podem ser empregados para o dimensionamento do ADN, o dimensionamento do RNA, a separação de toxinas, a separação de células biológicas, tais como vírus ou bactérias, a separação de moléculas de íons inorgânicos, de compostos farmacêuticos, de narcóticos, ou de pesticidas, ou a separação de polímeros sintéticos, ou a separação de agentes químicos de artefatos de guerra e dos produtos da hidrolise dos agentes químicos de artefatos de guerra. Em uma forma de realização, o dimensionamento e a determinação da seqüência do ADN para a detecção eletroquímica integrada em microdispositivos de eletroforese em capilares e em conjuntos de capilares, bem como as analises de chirality de amínoácidos.

Alternativamente, as formas de realização dos dispositivos microfluídicos da invenção podem ser empregadas nas sínteses. Por exemplo, os dispositivos microfluídico podem ser empregados na realização de diversos métodos de sínteses, tais como nas análises de injeção de fluxo, nas reações em fluxo contínuo, nas reações em fluxo pulsante, ou nas reações, em fluxo segmentado. Além disto, os dispositivos microfluídicos podem ser empregados na condução de reações entre materiais em análise sintéticos, tais como pequenas moléculas ou íons inorgânicos, compostos farmacêuticos, narcóticos, pesticidas, polímeros sintéticos, polímeros biológicos, tais como o ADN ou o ARN, nanopartículas semicondutoras, nanopartículas de metais nobres, ou de quantum dots.

Em adição, os dispositivos microfluídicos também podem ser empregados na pré concentração ou na extração de materiais em analise em uma dada amostra fluídica. Por exemplo, as proteínas, os peptídeos, os ácidos nucléicos tais como o ADN e o ARN, os íons inorgânicos, as moléculas farmacêuticas, as moléculas de narcóticos, ou as moléculas de pesticidas pode ser extraídas de uma solução através do emprego dos dispositivos microfluídicos descritos acima. Além disto, as análises feitas pelos dispositivos microfluídicos tanto podem estar baseadas no tempo quanto realizadas dentro de certo tempo, assim como feitas em estado sólido.

Ainda mais, os dispositivos microfluídicos das formas de realização acima descritas podem ser empregadas em aplicações relativas a detecção. Nestas aplicações, os dispositivos microfluídicos podem ser empregados na espectroscopia eletrônica, espectroscopia vibracional, espectroscopia por microondas; espectroscopia no ultravioleta-visível, espectroscopia fluorescente, espectroscopia de Raman, espectroscopia de Raman em superfície ampliada, espectroscopia fluorescente em metal ampliada, espectroscopia próxima ao infravermelho, espectroscopia em infravermelho, ou em combinações entre estas. Nestas aplicações, os dispositivos microfluídicos podem ser acoplados a um ou mais dentre estes espectrômetros.

Exemplo

Um compósito de fibra de vidro, AZDEL Superlite, obtido da GE Plastics (Mount Vernon, IN 47620-9364), foi disposto entre quatro Iaminas de vidro para microscópio (Corning Glass Works, modelo 2947) de tal forma que duas Iaminas foram posicionadas de cada lado do compósito AZDEL. Em cada lado do compósito AZDEL as Iaminas de vidro forma posicionadas de tal forma que fosse criado um vão de 1,5 mm para formar um canal fluídico. A folha do compósito Superlite AZDEL e as Iaminas de vidro tinham 1 mm de espessura. A estrutura em sanduíche foi então comprimida com pressões moderadas de cerca de 200 psi e temperaturas elevadas de 120°C entre duas placas metálicas. As regiões nas quais a pressão foi aplicada apresentaram uma redução de espessura. Em adição, a região comprimida uniu o sanduíche de placas de vidro AZDEL em uma unidade. As regiões nas quais não foi aplicada a pressão (as regiões localizadas abaixo do vão nas placas de vidro) não foram comprimidas e assim formou-se um canal microfluídico, tal como o quanto ilustrado na figura 43. As dimensões do canal microfluídico assim formado eram um canal de 1,0 mm X 1,5 mm. Neste canal, o material compósito apresentando a fibra de vidro e o ligante polimérico permanece em bruto de modo a permitir o transporte dos fluidos através do canal microfluídíco. Contudo, nas regiões comprimidas, o compósito Superlite AZDEL foi comprimido até uma espessura de 0,150 mm cada, assim selando eficazmente o canal microfluídico de modo a evitar qualquer transporte de fluido para fora do canal. Resultados similares foram obtidos por meio da compressão do compósito AZDEL entre folhas de policarbonato contendo canais micro-usinados.

Apesar da invenção ter sido descrita em detalhes em conexão com apenas um número limitado de formas de realização, deve ser prontamente compreendido que a invenção não está limitada a tais formas de realização descritas. Ao invés disto, a invenção pode ser modificada de modo a incorporar qualquer número de variantes, alterações, substituições ou disposições equivalentes não descritas, mas as quais estão de acordo com o espírito e escopo da invenção. Por exemplo, apesar do dispositivo microfluídico ser descrito em relação a aplicações de separação, detecção e farmacêuticas, deve ser percebido que o dispositivo microfluídico pode encontrar uso em quaisquer aplicações nas quais seja empregado um canal microfluídico. Em adição, apesar de terem sido descritas diversas formas de realização da invenção, deve ser entendido que os aspectos da invenção podem incluir algumas das formas descritas. Deste modo, a invenção não deve ser vista como estando limitada pela descrição supra, mas é somente limitada pelo escopo das reivindicações em anexo.

Claims (23)

1. Método para medir simultaneamente uma pluralidade de materiais em análise químicos ou biológicos em um fluido, o dito método caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: fornecer um substrato compreendendo uma pluralidade de elementos sensores, cada um de ditos elementos sensores respondendo a ao menos um de dita pluralidade de materiais em análise; fornecer ao menos uma fonte de luz de modo a direcionar a luz sobre os ditos elementos sensores; alimentar quantidades medidas de dito fluido para cada um de ditos elementos sensores; detectar Uma resposta a partir de ditos elementos sensores; gravar a dita resposta em üm registro digital; processar o dito registro digital; e utilizar o dito registro digital para determinar a concentração de cada um de ditos materiais em análise em dito fluido.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual a dita etapa de alimentação compreende fornecer um dispositivo de alimentação compreendendo uma pluralidade de reservatórios que se comunicam com os ditos elementos sensores, o dito dispositivo de alimentação ainda compreendendo uma porta de entrada da amostra e uma pluralidade de canais fluídicos hidrofílicos, os ditos canais estando ligados entre os ditos reservatórios e a dita porta de entrada de modo a transportar um volume controlado de dito fluido entre a dita porta de entrada e os ditos reservatórios, o dito dispositivo de alimentação ainda compreendendo uma camada de cobertura/tampa fixada em dito dispositivo de alimentação, a dita camada de cobertura compreendendo uma pluralidade de orifícios de respiro substancialmente hidrofóbicos e dispostos acima dos reservatórios, a dita camada de cobertura ainda compreendendo uma superfície de fundo substancialmente hidrofilica de modo a conferir uma porção dé teto hidrofóbico acima dos reservatórios de modo a permitir o transporte do dito fluido aos ditos reservatórios.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual o dito substrato é uma estrutura formada única compreendendo uma pluralidade de reservatórios, uma porta de entrada da amostra e uma pluralidade de canais fluídicos ligando a porta de entrada aos ditos reservatórios, o dito método ainda compreendendo a etapa de fornecer Uma camada de cobertura adaptada á cobrir os ditos reservatórios, sendo que os ditos elementos sensores são dispostos dentro dê ditos reservatórios ou na superfície de fundo de dita camada de cobertura.

4. Método do, de acordo com a reivindicação 2, ainda caracterizado pelo fato de compreender a etapa de remover o dito substrato do dito dispositivo de alimentação após a dita etapa de alimentação.

5. Método, de acordo com a reivindicação 2, ainda caracterizado pelo fato de compreender a etapa de remover o fluido em excesso de dito dispositivo de alimentação após a etapa de alimentação, sendo que o dito substrato é um disco de DVD, CD, CD super áudio, disco de dupla camada, ou blu ray.

6. Método, de acordo com à-reivindicação 2, caracterizado pelo fato no qual o dispositivo de alimentação ainda compreende um ánel de vedação em O operacionalmente associado a dita porta de entrada, o dito anel de vedação em O sendo adaptado de modo a absorver o fluido em excesso o qual transborda por sobre o topo do dito dispositivo de alimentação:

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, ainda caracterizado pelo fato de compreender a etapa de fornecer uma caixa de disco para encerrar o dito substrato, sendo que o dito substrato é um disco de DVD, CD, CD super áudio, disco de dupla camada, ou blu ray.

8. Método, de acordo com a reivindicação 5, ainda caracterizado pelo fato de compreender a etapa de fornecer uma camada de mata- borrão para remover o excesso de fluido do substrato.

9. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato no qual os ditos canais são canais capilares adaptados para transportar as ditas quantidades medidas de dito fluido desde a dita porta de entrada até os ditos reservatórios, por meio da força capilar, sem o uso de bombas ou de materiais de pavio ou impregnáveis.

10. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato no qual a dita etapa de alimentação compreende fornecer o dito fluido aos ditos elementos sensores por meio de um fluxo életro-òsmótico, eletro-líquido, bombeamento por termocapilaridade, campos magnéticos, fluxo direcionado na superfície, controle eletroquímico, dispositivos mecânicos, por força centrípeta, por gradientes de energia na superfície ou de combinações entre estes.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual a dita etapa de alimentação compreende fornecer um dispositivo de alimentação montado em dito substrato, o dito dispositivo de alimentação compreendendo uma pluralidade de reservatórios que se comunicam com os elementos sensores, os ditos reservatórios sendo adaptados de modo a receber um volume da amostra de dito fluido quando o dito dispositivo è mergulhado em dito fluido, os ditos reservatórios sendo adaptados de modo a manter o dito volume da amostra dentro de ditos reservatórios por meio da tensão superficial quando o dito dispositivo é removido de dito fluido.

12. Sistema para medir, de forma simultânea, uma pluralidade de materiais em análise biológicos ou químicos em um fluido, o dito sistema caracterizado pelo fato de compreender: um substrato compreendendo uma pluralidade de elementos sensores, cada um de ditos elementos sensores respondendo a ao menos um entre a dita pluralidade de materiais em análise; ao menos uma fonte de luz para direcionar luz sobre os ditos elementos sensores; um meio detector para detectar uma resposta a partir de ditos elementos sensores, o dito meio sensor sendo adàptado de modo a converter a dita resposta em um registro digital; um algoritmo de identificação de imagem para identificar o dito ao menos um material em análise com base em dito registro digital; um algoritmo de otimização baseado em um software para utilizar o dito registro digital de modo a produzir um resultado da análise; e meios de alimentação para fornecer quantidades medidas de dito fluido para cada um de ditos elementos sensores.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato no qual os ditos meios de alimentação compreendem um dispositivo de alimentação compreendendo uma pluralidade de reservatórios que se comunicam com os ditos elementos sensores, o dito dispositivo de alimentação ainda compreendendo uma porta de entrada da amostra e uma pluralidade de canais fluídicos hidrofílicos, os ditos canais estando ligados entre os ditos reservatórios ê a dita porta de entrada de modo a transportar um volume controlado de dito fluido entre a dita porta de entrada e os ditos reservatórios, o dito dispositivo de alimentação ainda compreendendo uma camada de cobertura/tampa fixada em dito dispositivo de alimentação, a dita camada de cobertura compreendendo uma pluralidade de orifícios de respiro substancialmente hidrofóbicos e dispostos acima dos reservatórios, a dita camada de cobertura ainda compreendendo uma superfície de fundo substancialmente hidrofílica de modo a conferir uma porção de teto hidrofóbico acima dos reservatórios de modo a permitir o transporte do dito fluido aos ditos reservatórios.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato no qual ò dito substrato é uma estrutura formada única compreendendo uma pluralidade de reservatórios, uma porta de entrada da amostra e uma pluralidade de canais fluídicos ligando a porta de entrada aos ditos reservatórios, o dito sistema ainda compreendendo uma camada de cobertura adaptada para cobrir os ditos reservatórios, sendo que os ditos elementos sensores são dispostos dentro de ditos reservatórios ou na superfície de fundo de dita camada de cobertura.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato no qual o dito dispositivo de alimentação adere de forma permanente no dito substrato.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato no qual o dito dispositivo de alimentação adere de forma removível no dito substrato.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato no qual o dispositivo de alimentação ainda compreende um anel de vedação em O operacionalmente associado a dita porta de entrada, o dito anel de vedação em O sendo adaptado de modo a absorver o fluido em excesso o qual transborda por sobre o topo do dito dispositivo de alimentação. *

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato no qual o dito substrato é um disco de DVD, CD, CD super áudio, disco de dupla camada, ou blu ray.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, ainda caracterizado pelo fato de compreender um drive óptico para quantificar a dirá resposta, sendo que os ditos meios de alimentação compreendem uma caixa de disco para encerrar o dito substrato.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 19, ainda caracterizado pelo fato de compreender uma camada de mata-borrão para remover o excesso de fiuiao do substrato.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato no qual os ditos canais são canais capilares adaptados para transportar as ditas quantidadés medidas de dito fluido desde a dita porta de entrada até os ditos reservatórios, por meio da força capilar, sem o uso de bombas ou de materiais de pavio ou impregnáveis.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato no qual os ditos meios de alimentação compreendem meios para alimentar ao dito fluido para os ditos elementos sensores por meio de um fluxo eletro- osmótico, eletro-líquido, bombeamento por termocapilaridade, campos magnéticos, fluxo direcionado na superfície, controle eletroquímico, dispositivos mecânicos, por força centrípeta, por gradientes de energia na superfície ou de combinações entre estes.

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato no qual os ditos meios de alimentação compreendem um dispositivo de alimentação montado em dito substrato, o dito dispositivo de alimentação compreendendo uma pluralidade de reservatórios que se comunicam com os elementos sensores, os ditos reservatórios sendo adaptados de modo a receber um volume da amostra de dito fluido quando o dito dispositivo é mergulhado em dito fluido, os ditos reservatórios sendo adaptados de modo a manter o dito volume da amostra dentro de ditos reservatórios por meio da tensão superficial quando o dito dispositivo dito fluido.